重慶大江信達(dá)車輛股份有限公司 （401321） 李芝明

主傳動(dòng)主、從動(dòng)齒輪A2504084XA、A2504101XA是我公司供徐重25K中橋的重要傳動(dòng)部件，近期該部件在用戶使用過程中發(fā)生多起早期斷裂失效。

1.檢驗(yàn)分析

該齒輪材料為20CrMnMo，加工工序：鍛造→粗加工→正火→精加工→滲碳淬火+回火→拋丸→機(jī)加工→裝配。中橋差速器主傳動(dòng)主、從動(dòng)齒打齒，差速器殼損傷嚴(yán)重，檢查其他部件未出現(xiàn)異常。拆解后發(fā)現(xiàn)主傳動(dòng)主從動(dòng)齒輪均已失效（見附圖）；主動(dòng)齒輪斷齒較嚴(yán)重，附圖c中齒根部開裂并向齒心部凹處連根斷裂；僅有個(gè)別齒為完整的齒形；從動(dòng)齒輪分度圓以上部分也出現(xiàn)部分?jǐn)帻X（見附圖d）。

斷裂失效齒輪副的宏觀形貌圖

硬度試驗(yàn)分析見表1，可見該產(chǎn)品表面硬度值符合技術(shù)要求，但主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪心部硬度只有24～26HRC，遠(yuǎn)低于技術(shù)要求（齒面以及其余表面硬度58～64HRC，心部硬度29～45HRC）。心部硬度過低會(huì)大大降低主動(dòng)齒輪的齒根抗彎強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。

表1 硬度試驗(yàn)

對(duì)斷齒進(jìn)行金相分析，取斷齒的橫截面為金相磨面，經(jīng)4%硝酸酒精浸蝕后觀察： ①主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪，齒根未磨損部位滲碳層深為齒面1.3mm、齒根0.78mm，碳化物級(jí)別2級(jí)，馬氏體及殘留奧氏體2級(jí)。斷齒部位（齒心）組織為板條狀馬氏體+部分塊狀鐵素體。②主傳動(dòng)從動(dòng)齒輪，滲碳層深為齒面1.4mm、齒根1.2～1.3mm，碳化物級(jí)別2級(jí)，馬氏體及殘留奧氏體2級(jí)。金相分析表明：組織狀態(tài)良好，但主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪齒根滲碳層深度明顯不足，低于技術(shù)要求1.2～1.6mm。

對(duì)主傳動(dòng)主、從動(dòng)齒輪材料成分分析如表2所示，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077－1999，主傳動(dòng)主動(dòng)齒輪化學(xué)成分Cr、Mo不符合20CrMnMo含量標(biāo)準(zhǔn)。

2.結(jié)果分析

經(jīng)宏觀檢查后發(fā)現(xiàn)主動(dòng)輪齒從齒根部開裂并向齒心部凹處連根折斷，其明顯表現(xiàn)為齒根強(qiáng)度不足所致。從動(dòng)齒輪失效部位主要在齒的分度圓以上部分嚙合區(qū)斷齒，其形態(tài)應(yīng)為主動(dòng)輪斷齒后瞬間對(duì)從動(dòng)齒的嚙合區(qū)域形成巨大的沖擊力所致，可見斷齒部位裂紋源位于主動(dòng)齒輪齒根部位。

表2 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

鋼鐵材料中的Cr、Mo元素均可提高材料的淬火淬透性能，但通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)主動(dòng)齒輪中Cr、Mo元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20CrMnMo國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該材料的含量要求（國家標(biāo)準(zhǔn)要求：wCr=1.1%～1.4%，wMo=0.2%～0.3%），嚴(yán)重影響了該產(chǎn)品的熱處理淬透性，導(dǎo)致熱處理后產(chǎn)品硬化層深度過淺，心部硬度達(dá)不到技術(shù)要求，使產(chǎn)品心部硬度和強(qiáng)度降低。正是由于產(chǎn)品齒根強(qiáng)度達(dá)不到要求，最終導(dǎo)致用戶在使用過程中早期失效。

3.建議方案

建議原材料入廠嚴(yán)格驗(yàn)收，對(duì)熱處理實(shí)物質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)。同時(shí)，設(shè)計(jì)上應(yīng)加強(qiáng)主動(dòng)齒輪的齒根強(qiáng)度要求及齒根部位的硬化層要求，并考慮其他措施強(qiáng)化齒輪副齒根的抗彎矩強(qiáng)度。