小齒輪軸失效分析及工藝改進(jìn)

■ 齊永豐，劉 蘋，張玉光

球磨機(jī)是在礦山、冶金、建材、水泥、化工及電力等基礎(chǔ)工業(yè)部門中廣泛使用的粉碎機(jī)械設(shè)備。小齒輪件是傳動(dòng)裝置上的關(guān)鍵部件，小齒輪與小齒輪軸為分體式，采用鍵聯(lián)接方式。

1. 小齒輪軸基本信息

某公司小齒輪軸材質(zhì)選用40CrMnMo鋼，規(guī)格為φ420mm×2760mm，凈重1965kg，經(jīng)鍛造、粗車、無損檢測、調(diào)質(zhì)（硬度228～269HBW）、精車、銑鍵槽等工序加工而成，鍛造及熱處理質(zhì)量直接影響小齒輪軸的使用壽命。

該小齒輪軸于2016年開始使用，運(yùn)行約14個(gè)月時(shí)斷裂，斷裂位置在軸與齒輪結(jié)合區(qū)域內(nèi)，如圖1箭頭所示。為查找該小齒輪軸斷裂的主要原因，對(duì)其進(jìn)行了化學(xué)成分分析、金相組織觀察、斷口組織觀察和力學(xué)性能測試等。

圖1 小齒輪軸示意

圖2 小齒輪部正常工作狀態(tài)

圖3 斷裂小齒輪軸（拆卸現(xiàn)場）

圖4 斷裂小齒輪軸

圖5 取樣部位示意

小齒輪正常工作狀態(tài)如圖2所示。斷裂小齒輪軸宏觀形貌如圖3、圖4所示，小齒輪軸沿徑向斷裂，斷裂部位在小齒輪內(nèi)，距齒輪端面約100mm處，斷口邊緣及齒輪內(nèi)表面磨損嚴(yán)重（見圖4箭頭）。齒輪外表面未見明顯磕碰傷、變形等異常情況。在斷裂小齒輪軸上取樣（取樣部位見圖5），分別進(jìn)行斷口、金相組織、化學(xué)成分、力學(xué)性能等檢測。

2. 斷口檢測

（1）斷口宏觀檢測 對(duì)應(yīng)面斷口宏觀形貌如圖6、圖7所示。斷口平齊，邊緣及附近區(qū)域無宏觀塑性變形，顯示脆性斷裂特征。斷口靠外沿大部分區(qū)域（約占周長的2/3）磨損嚴(yán)重，磨痕沿圓周方向呈帶狀分布，摩擦熱還導(dǎo)致磨損面呈藍(lán)黑色，是小齒輪軸斷裂瞬間系統(tǒng)仍繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所致。……