CrMo蜗杆断裂原因分析-中国应急分析测试平台.PDFVIP

记录号：JS-AL-转动设备（轴承和齿轮）-011 42CrMo蜗杆断裂原因分析 摘要：某用于制动装置的蜗杆在实验考核过程中发生早期蜗齿断裂。蜗杆材料牌号为 42CrMo，蜗杆是在退火状态滚压成型的，成型后进行调质处理。通过断口分析、金相分析及 硬度测试，结果表明：蜗杆断齿是由于齿根受到相对表层材料强度而言过大的应力所致，因 此，试验应力过大或齿根表层强度偏低，是蜗杆断齿的原因。 关键词：蜗杆；蜗齿断裂；应力；表层强度 中 材料种类/牌号：低合金钢/42CrMo 概述 某用于制动装置的蜗杆在实验考核过程中发生早期蜗齿断裂。蜗杆材料牌号为 42CrMo， 国 调质处理状态，要求硬度值（HRC）在 37～43 之间。蜗杆是在退火状态滚压成型的，成型后 进行调质处理。对蜗杆断裂原因进行了分析。 测试过程与结果 应 宏观断口分析 蜗杆断齿位置如图 1 所示，是中间位置的齿断裂，仔细观察断口，可以看出断裂是从受 力侧齿根部（图 1 断齿的右侧）开始的，起裂位置窄区域范围内可见有由停止线形成的贝壳 急 状花样区域，可见该断裂是一次累积断裂过程，属疲劳断裂。开裂时的裂纹扩展方向如图 2 所示，裂纹先从齿根部倾斜向深部扩展，扩展一定深度后转而向斜上方向扩展，致使蜗杆齿 断裂，这是齿根受到弯曲应力而断裂的典型断口之一。从与断齿起裂一侧的相邻齿面位置， 分 可以看到有非常明显的压痕，如图 3，压痕的面积非常大，宽度超过 2mm，长度超过 20mm， 形成一个完整的弧形，显然，这就是实验时蜗杆的受力位置，从被压面的痕迹来看，齿面所 受到的压力是相当大的，由于齿的高度也较大，相应齿根的弯曲应力也应该相当大。由于断 齿部分已被破坏，没有观察到断齿侧面的接触压痕情况。 析 网 图 1 蜗杆断齿的位置和形貌 图 2 裂纹扩展示意图 1 中 图 3 断齿处的压痕低倍形貌 微观断口分析 国 在 SEM 中观察断口的形态如图 4 至图 7 所示。可以看出，裂纹起裂于齿根表面，但是起 裂边部断口参差不齐，并且起裂边部附近表面可见有一些撕裂的微裂纹，表明裂纹起裂是在 大应力条件下产生的。起裂表层的断口，为撕裂型的穿晶断口，属正常的韧性断口。起裂边 应 部没有观察到过深的加工沟痕，也未观察到粗大夹杂等缺陷。这表明起裂表层是被超过材料 强度的强制力撕裂的。表层撕裂型断口以内所见到的断口皆为疲劳断口，如图 8和图 9，为 穿晶疲劳断口，断口上二次微裂纹垂直疲劳裂纹扩展的方向，这是高强度材料正常的疲劳断 急 口。断齿的 90%以上的断面上观察的有疲劳条纹，说明断齿所受到的弯曲应力是逐渐减小的， 最终断裂时总的弯曲应力并不大。 分 析 网 图 4 齿根部表面裂纹的形态