齿轮疲劳点蚀的特征及案例分析

疲劳点蚀的定义及特征
点蚀又称接触疲劳磨损，是润滑良好的闭式传动的常见失效形式之一。齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象在齿轮传动中称为点蚀。节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。

点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀
收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。扩展性点蚀指随着工作时间的延长而继续扩展的点蚀现象，常在软齿面轮齿经跑合后，接触应力高于接触疲劳极限时发生。硬齿面齿轮由于材料的脆性，凹坑边缘不易被碾平，而是继续碎裂成为大凹坑，所以只发生扩展性点蚀。严重的扩展性点蚀能使齿轮在很短的时间内报废。

疲劳点蚀的实例
某重型车辆侧减速器主动齿轮发生了早期失效，失效齿轮与行星转向机相连，将全车动力传递到行动部分，是全车受载最大的齿轮，始终在大载荷、高转速、多冲击的复杂苛刻环境下工作。齿设计上采用整编为齿轮，传动比为5.9，润滑方式为油池飞溅润滑，实效齿轮材料为18Cr2Ni4WA钢，采用渗碳+淬火+低温回火热处理工艺。
失效齿轮发生严重的接触疲劳失效，使用寿命未达到规定时间。采用断口分析、金相分析、硬 度测试及有限元接触应力分析等方法对齿轮进行失效分析，查找该齿轮实效的原因（由于篇幅有限 以及结合自身知识面，仅列举出端口分析和金相分析两项结果）。
1.断口分析
通过对失效齿轮宏观观察发现．在啮合受力齿面的节线附近靠近齿根一侧，沿齿宽方向分布许多剥落坑，剥落坑附近有许多点蚀坑，这些点蚀剥落坑再吃款方向上基本连成一线，形成由点蚀剥落 坑组成的凹坑带，基本与齿宽同长。经扫描电镜观察，失效齿轮的点蚀剥落坑带上有较多面积在2mmz以上剥落坑，剥落坑最大深度为0.8mm，剥落坑底部有较浅的疲劳辉纹，底部大致与表面平行。剥落坑侧面一侧大致与表面成45°角，另一侧约垂直于表面，剥落部分一端与齿轮基体分离，形成悬臂梁。通过对齿轮磨损面的分析，发现失效齿轮具有典型的接触疲劳特征， 而且齿轮节线附近偏向齿根一侧的接触疲劳较为严重。

2.显微组织分析
从失效齿轮轮齿部位取样抛光．经4％的硝酸酒精溶液腐蚀后，在Olympus金相显微镜下进行观察。试样心部组织为低碳板条回火马氏体及少量铁素体。渗碳层组织为高碳针状回火马氏体及少量残余奥氏体，马氏体针叶略微粗大。

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