LM100型摩托车五档主动齿轮齿面发生点蚀原因分析

金炳全

摘要：某公司生产的LM100型摩托车齿轮样件，在客户厂家做台架试验时，齿面在试验周期内发生点蚀，尤其以五档主动齿轮最严重。取发生点蚀的样件、公司内库房成品和进厂毛坯进行全面综合分析，查找发生点蚀原因。根据分析结果提出改进措施，以避免类似事故的再次发生。

关键词：点蚀;齿轮齿面;原因分析

中图分类号：TH45                                        文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）21-0046-02

1  五档主动齿轮产品技术要求

材料 20CrMo

有效硬化层深度 0.3-0.5mm

马氏体及残余奥氏体级别 1-5 级合格

齿顶角碳化物 1-4 级合格

表面硬度 HRC 58-63

热处理工艺：渗碳淬火

面层含碳量为 0.8-1.0%

2  本次试验执行标准

ZBT 04001-88 《汽车渗碳齿轮金相检验》

GB 9450 《钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定和校核》

GB8539 《齿轮材料及热处理质量检验的一般规定》

3  试验过程

试验分几方面进行：

3.1 原材料方面

抽取5件五档主动齿轮毛坯进行夹杂物、晶粒度、显微组织、硬度及化学成份分析，见表1、表2。

注：α——铁素体;P——珠光体.

分析结果显示夹杂物和化学成分均在标准要求范围之内，而晶粒度、带状组织和硬度虽然没有超标，但波动范围比较大。

3.2 成品件方面

对发生点蚀的样件及库存同规格成品进行分析。

取3件发生点蚀齿轮和3件库存齿轮做全项分析，编号为点1、点2、点3和库1、库2、库3，试验结果见表3、表4、表5、表6。

注：A残——残余奥氏体，M——馬氏体.

结果显示夹杂物和化学成分均符合要求。马氏体和残余奥氏体为2-3级，齿顶角碳化物、心部铁素体均为1级。表面硬度为HRC 56-59。心部硬度为HRC43-46。有效硬化层在0.35-0.6mm之间。渗碳层深度在0.45-0.65mm之间。过共析层+共析层均小于0.1mm。

4  其他较深渗层产品对比分析

对材料为20CrMo，渗碳淬火后有效硬化层要求在0.5-0.8mm的另一客户一档齿轮产品取样对比分析。取3件一档齿轮，编号分别为1#、2#、3#，分析结果见表7、表8。

由表7、表8可见，马氏体和残余奥氏体为2-3级，齿顶角碳化物为1级。表面硬度为HRC58-62。心部硬度为HRC43-46。有效硬化层深度0.65-0.8mm。渗碳层深度0.65-0.85mm。过共析层+共析层小于0.25mm。

5  结果分析

①锻件晶粒度、带状组织、硬度波动范围大，从显微组织形态判定锻件未经正火处理。未经正火处理的锻件，机加过程中质量不稳定，热处理后变形大。

②马氏体、残余奥氏体及碳化物级别低，说明渗碳淬火过程在合理范围内，且炉内碳势不高。

③心部硬度HRC 43-46，硬度偏高，而心部铁素体为1级，说明可以降低淬火温度来降低心部硬度。

④表面硬度HRC56-59，硬度偏低，在有效硬化层深度为0.35-0.60mm情况下，说明表面碳浓度不足。

⑤过共析层+共析层深度小于0.1mm，说明产品表面碳浓度低。这一结果可通过两方面来验证：

首先，从相图上讲，Cr、Si元素使铁碳合金状态图中的γ相区向右上方移动，Mn元素使γ相区向左下方移动，Mo元素使共析点碳含量降低。合金元素综合作用使20CrMo钢的共析点左移，理论计算共析点在0.66-0.7c%范围内。

其次，在实际观察中发现渗层中并无过共析组织，而只有较浅的共析组织。按成分比计算面层含碳量应小于0.7%。从以上综合分析结果表明产品表面碳浓度低。此种情况下工件表面碳浓度低的原因有两种：1）炉内碳势低。2）强渗期和扩散期碳势和时间搭配不合理。

⑥有效硬化层要求0.5-0.8mm的一档齿轮产品，在同等碳势条件下，过共析层+共析层深度小于0.25mm，明显好于浅渗层工件。说明在碳势一定情况下，随渗碳时间增加，面层碳浓度也在增加。

6  结论

工件表面碳浓度不足，使齿部抗弯曲疲劳强度和耐磨性降低，从而发生早期接触疲劳磨损即点蚀。

7  建议与改进措施

①原材料正火，保证锻件以均匀一致的组织状态进行化学热处理。

②提高碳势。使表面硬度达到HRC58-61左右比较理想，对浅渗层和深渗层的碳势设定应分开考虑。

③降低淬火温度。把心部硬度降低到HRC40-43左右比较合理。

④改善表面应力状态分布。

⑤过共析层+共析层深度占总渗层深度的50-75%。

⑥严格按照ZBT04001-88<<汽车渗碳齿轮金相检验>>标准进行验收。

⑦加强管理与沟通。对原材料达到极限成分的情况通报热处理车间，以保证产品质量。

8  后续追踪

毛坯厂家对毛坯进行正火处理，热处理车间调整工艺，提高了产品表面碳浓度。经一系列改进后，产品送至客户做台架试验及批量装车，均未再發生点蚀事故。

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