S40C 鋼制齒輪表面裂紋產生原因分析

李平平 ， 陸 菁 ， 林 棟

（1.中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，江蘇 常州 213011；2.中科信工程咨詢（北京）有限責任公司，北京 100037；3.93128 部隊，北京 100843）

0 引言

隨著我國高速、重載、高寒等車型的相繼問世，尤其中國標準動車組的成功上線，時速從300 km/h提高到350 km/h，服役年限從20 a 延長到30 a，對傳動系統的平穩性、可靠性及長壽命的要求越來越明顯，對作為傳動系統核心部件的齒輪重視程度越來越高；因此，有必要對高速齒輪的服役壽命進行深入的研究與探討。

齒輪受力模式主要表現為圖1 中的2 種形式[1]：1）齒根彎曲：每個輪齒都可以簡化成一個小的懸臂梁，當齒輪在嚙合傳動時，由于受到力的作用，齒根部位彎矩最大[2-4]。2）齒面嚙合：輪齒在嚙合傳動過程中，嚙合點沿齒廓不斷改變，輪齒受到的作用力大小及角度也不斷變化，接觸面次表層受周期性赫茲應力作用；因此，齒輪常見的疲勞失效模式主要包括齒根彎曲疲勞和齒面接觸疲勞，其中，齒面接觸疲勞是閉式齒輪的主要失效形式，又表現為疲勞點蝕和剝落[5-7]。

齒輪的種類很多，可以按不同方法進行分類。目前，我國高鐵齒輪采用漸開線斜齒圓柱齒輪，傳動平穩性好，材質選用滲碳齒輪鋼（18CrNiMo7-6、17CrNiMo6、20CrMnMo、20CrNi2Mo 等），最終熱處理工藝為滲碳-淬火-低溫回火，這樣齒輪就具有硬的表層（針狀馬氏體+少量殘余奧氏體+彌散顆粒狀碳化物）和韌的心部（板條馬氏體）[8-9]。經過對比可以發現，我國引進的日本高鐵（從動）齒輪采用優質碳素鋼S40C 表面感應淬火處理，且長期應用效果良好，這一點值得我國齒輪工作者借鑒和學習。……