LM100型摩托車五檔主動齒輪齒面發生點蝕原因分析

金炳全

摘要：某公司生產的LM100型摩托車齒輪樣件，在客戶廠家做臺架試驗時，齒面在試驗周期內發生點蝕，尤其以五檔主動齒輪最嚴重。取發生點蝕的樣件、公司內庫房成品和進廠毛坯進行全面綜合分析，查找發生點蝕原因。根據分析結果提出改進措施，以避免類似事故的再次發生。

關鍵詞：點蝕;齒輪齒面;原因分析

中圖分類號：TH45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0046-02

1? 五檔主動齒輪產品技術要求

材料 20CrMo

有效硬化層深度 0.3-0.5mm

馬氏體及殘余奧氏體級別 1-5 級合格

齒頂角碳化物 1-4 級合格

表面硬度 HRC 58-63

熱處理工藝：滲碳淬火

面層含碳量為 0.8-1.0%

2? 本次試驗執行標準

ZBT 04001-88 《汽車滲碳齒輪金相檢驗》

GB 9450 《鋼件滲碳淬火有效硬化層深度的測定和校核》

GB8539 《齒輪材料及熱處理質量檢驗的一般規定》

3? 試驗過程

試驗分幾方面進行：

3.1 原材料方面

抽取5件五檔主動齒輪毛坯進行夾雜物、晶粒度、顯微組織、硬度及化學成份分析，見表1、表2。

注：α——鐵素體;P——珠光體.

分析結果顯示夾雜物和化學成分均在標準要求范圍之內，而晶粒度、帶狀組織和硬度雖然沒有超標，但波動范圍比較大。

3.2 成品件方面

對發生點蝕的樣件及庫存同規格成品進行分析。

取3件發生點蝕齒輪和3件庫存齒輪做全項分析，編號為點1、點2、點3和庫1、庫2、庫3，試驗結果見表3、表4、表5、表6。

注：A殘——殘余奧氏體，M——馬氏體.

結果顯示夾雜物和化學成分均符合要求。馬氏體和殘余奧氏體為2-3級，齒頂角碳化物、心部鐵素體均為1級。表面硬度為HRC 56-59。心部硬度為HRC43-46。有效硬化層在0.35-0.6mm之間。滲碳層深度在0.45-0.65mm之間。過共析層+共析層均小于0.1mm。

4? 其他較深滲層產品對比分析

對材料為20CrMo，滲碳淬火后有效硬化層要求在0.5-0.8mm的另一客戶一檔齒輪產品取樣對比分析。取3件一檔齒輪，編號分別為1#、2#、3#，分析結果見表7、表8。

由表7、表8可見，馬氏體和殘余奧氏體為2-3級，齒頂角碳化物為1級。表面硬度為HRC58-62。心部硬度為HRC43-46。有效硬化層深度0.65-0.8mm。滲碳層深度0.65-0.85mm。過共析層+共析層小于0.25mm。

5? 結果分析

①鍛件晶粒度、帶狀組織、硬度波動范圍大，從顯微組織形態判定鍛件未經正火處理。未經正火處理的鍛件，機加過程中質量不穩定，熱處理后變形大。

②馬氏體、殘余奧氏體及碳化物級別低，說明滲碳淬火過程在合理范圍內，且爐內碳勢不高。

③心部硬度HRC 43-46，硬度偏高，而心部鐵素體為1級，說明可以降低淬火溫度來降低心部硬度。

④表面硬度HRC56-59，硬度偏低，在有效硬化層深度為0.35-0.60mm情況下，說明表面碳濃度不足。

⑤過共析層+共析層深度小于0.1mm，說明產品表面碳濃度低。這一結果可通過兩方面來驗證：

首先，從相圖上講，Cr、Si元素使鐵碳合金狀態圖中的γ相區向右上方移動，Mn元素使γ相區向左下方移動，Mo元素使共析點碳含量降低。合金元素綜合作用使20CrMo鋼的共析點左移，理論計算共析點在0.66-0.7c%范圍內。

其次，在實際觀察中發現滲層中并無過共析組織，而只有較淺的共析組織。按成分比計算面層含碳量應小于0.7%。從以上綜合分析結果表明產品表面碳濃度低。此種情況下工件表面碳濃度低的原因有兩種：1）爐內碳勢低。2）強滲期和擴散期碳勢和時間搭配不合理。

⑥有效硬化層要求0.5-0.8mm的一檔齒輪產品，在同等碳勢條件下，過共析層+共析層深度小于0.25mm，明顯好于淺滲層工件。說明在碳勢一定情況下，隨滲碳時間增加，面層碳濃度也在增加。

6? 結論

工件表面碳濃度不足，使齒部抗彎曲疲勞強度和耐磨性降低，從而發生早期接觸疲勞磨損即點蝕。

7? 建議與改進措施

①原材料正火，保證鍛件以均勻一致的組織狀態進行化學熱處理。

②提高碳勢。使表面硬度達到HRC58-61左右比較理想，對淺滲層和深滲層的碳勢設定應分開考慮。

③降低淬火溫度。把心部硬度降低到HRC40-43左右比較合理。

④改善表面應力狀態分布。

⑤過共析層+共析層深度占總滲層深度的50-75%。

⑥嚴格按照ZBT04001-88<<汽車滲碳齒輪金相檢驗>>標準進行驗收。

⑦加強管理與溝通。對原材料達到極限成分的情況通報熱處理車間，以保證產品質量。

8? 后續追蹤

毛坯廠家對毛坯進行正火處理，熱處理車間調整工藝，提高了產品表面碳濃度。經一系列改進后，產品送至客戶做臺架試驗及批量裝車，均未再發生點蝕事故。

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