какие факторы вызывают заедание зубьев
Износ, поломка, выкрашивание зубьев
Какие неполадки могут приводить к поломке зубчатых передач редукторов? В первую очередь это износ, выкрашивание и поломка зубьев. Рассмотрим критерии работоспособности зубчатых передач.
Выкрашивание поверхности зубьев
Основная причина выхода из строя закрытых шевронных передач.
Выкрашивание начинается у полюсной линии, имеет место чистое качение — отсутствуют условия для износа.
Ограниченное и прогрессирующее выкрашивание зубьев
Выкрашивание может быть ограниченным или прогрессирующим.
Ограниченное выкрашивание зубев характерно для периода приработки а начальном периоде эксплуатации. Из-за погрешности изготовления и монтажа нагрузка по длине зуба распространяется неравномерно, в зонах концентрации нагрузки, имеющихся на поверхности появляются микротрещины, которые при цикличном нагружении разрастаются вглубь, у полюсной линии начинается выкрашивание. По мере приработки нагрузка по длине зуба изменяется, трещины завальцовываются.
Прогрессирующее выкрашивание — это нормальное явление в длительно работающей передаче микротрещины разрастаются вглубь, что приводит к поломке колеса, Иногда. выкрашивание является следствием значительной кратковременной перегрузки. Для предотвращения выкрашивания проводят проектировочные и проверочные расчеты закрытых зубчатых передач на контактную прочность.
Износ зубьев
Износ характерен для открытых зубчатых передач из-за скудной смазки. При износе порядка 15% от изначальной толщины зуба передача бракуется.
Поломка зубьев
При циклической нагрузке зуба, имеющиеся у корня зуба микротрещины разрастаются вглубь, что при длительной эксплуатации может привести к поломке зуба, этому способствует износ.
Поломка — основная причина выхода из строя открытых зубчатых передач, однако может быть и в закрытых высоконагруженных передачах, в том числе и в редукторах.
Иногда поломка зуба является следствием значительной кратковременной перегрузки.
Мероприятия для предотвращения поломки зубьев в редукторах
При проектировании зубчатых передач необходимо произвести:
Заедание зубчатых передач
Заедание характерно для закрытых высоконагруженных, высокоскоростных передач. При высокой нагрузке смазка выдавливается, а трение в зоне контакта приводит к нагреву зубьев в зоне контакта, вплоть до оплавления. Оплавленный металл остается на зубе и приводит к заеданию.
Предотвращение заедания
Для предотвращения заедания проводят проверочный расчет на заедание, в результате расчета определяют температуру в зоне контакта в ответственных передачах.
Детали машин
Характер и причины отказов зубчатых передач
Проходя зону зацепления, при работе передачи зубья подвергаются циклическому нагружению. При этом на контактирующих поверхностях зубьев действует нормальная к ним сила Fn и сила трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу.
Повторно-переменные нагружения являются причиной усталостного разрушения зубьев – их поломки или выкрашивания рабочих поверхностей. Скольжение и силы трения в зацеплении вызывают изнашивание и заедание зубьев.
Поломка зубьев зубчатой передачи
Это наиболее опасный вид разрушения, так как приводит к внезапному и полному отказу передачи. Поломка является следствием усталости материала зубьев от действующих повторно-переменных напряжений изгиба или от перегрузки ударного характера. 
Такое случается, например, при попадании между зубьев постороннего предмета или резкого переключения передач КПП.
Усталостные трещины образуются у основания зуба на той стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Прямые короткие зубья выламываются полностью по сечению у основания зуба. При усталостном разрушении на теле колеса после излома остается вогнутая, а при подломке вследствие перегрузки – выпуклая поверхность.
Зубья шевронных и широких косозубых передач выламываются по наклонному сечению.
Повышению прочности зуба способствуют: увеличение модуля зацепления, снижение концентрации напряжений в основании зубьев, применение модификации, повышение прочности материала колес, повышение точности изготовления и монтажа передачи.
Для предупреждения усталостной поломки зубьев проводят расчет на прочность по напряжениям изгиба.
Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев
Это основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых хорошо смазываемых передач. Он является следствием действия повторно-переменных контактных напряжений. Разрушение начинается на ножке зуба вблизи полюсной линии, где действуют наибольшая нагрузка (зона однопарного зацепления) и большая сила трения (вблизи полюса минимальные скорости скольжения), способствующая образованию микротрещин на поверхности зубьев.
Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, попавшего в трещины зубьев.
Развитие трещин приводит к выкрашиванию частиц материала с поверхности, образованию мелких ямок, переходящих затем в более крупные раковины на всей поверхности зубьев.
При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимается в ямки), что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, вибрация, повышается температура.
Выкрашивание может быть ограниченным и прогрессирующим. Ограниченное выкрашивание наблюдается на участках с концентрацией напряжения. В колесах, выполненных и хорошо прирабатывающихся материалов такое выкрашивание после приработки прекращается, не отражаясь на работе передачи. Опасно прогрессирующее выкрашивание, постепенно поражающее всю рабочую поверхность ножек зубьев.
Предотвращению выкрашивания способствует повышение твердости поверхности зубьев, уменьшение шероховатости рабочих поверхностей, модификация профиля, правильный выбор сорта масла.
Для предупреждения усталостного выкрашивания зубьев проводят расчет на прочность по контактным напряжениям.
Изнашивание зубьев
Изнашивание – основной вид разрушения зубьев открытых передач. По мере изнашивания зуб становится тоньше, ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что приводит к потере кинематической точности и в конечном счете – к поломке зубьев.
Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума при работе передачи. Изнашивание можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем модификации.
Заедание зубьев
Заедание зубьев заключается в приваривании частиц материала одного зуба к другому (микросварка) в результате разрушения смазочной пленки и местного нагрева, вследствие высоких давлений и скоростей скольжения в зоне контакта. Оторвавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев, бороздя их в направлении скольжения.
Заедание зубьев предупреждают повышением твердости, понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, применением модификации, подбором противозадирных масел, искусственным охлаждением передачи.
Заедание является наиболее опасным видом отказа тяжелонагруженных зубчатых передач.
Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач
в процессе работы на зубья действуют силы передаваемой нагрузки и силы трения. Для каждого зуба напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. Повторнопеременные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: их поломки и выкрашивания рабочих поверхностей. Трение в зацеплении вызывает изнашивание и заедание зубьев.
Рис. 3.14 Виды разрушения зубьев
Поломки зубьев. Это наиболее опасный вид разрушения. Излом зубьев является следствием возникающих в зубьях повторно-переменных напряжений изгиба и перегрузки. Усталостные трещины (см. рис. 3.3) образуются у основании зуба на той стороне, где от изгиба возникают наибольшие напряжения растяжения. Прямые короткие зубья выламываются полностью, а длинные, особенно косые, обламываются по косому сечению (рис. 3.14, а). Усталостную поломку предупреждают расчетом на прочность по напряжениям изгиба σF, применением коррекции, а также увеличением точности изготовления и монтажа передачи.
Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев.Основной вид разрушения зубьев для большинства закрытых передач. Возникает вследствие действия повторно-переменных контактных напряжений σн. Разрушение начинается на ножке зуба в околополюсной зоне, где развивается наибольшая сила трения, способствующая пластическому течению металла и образованию микротрещин на поверхности зубьев. Развитию трещин способствует расклинивающий эффект смазочного материала, который запрессовывается в трещины зубьев при зацеплении. Развитие трещин приводит к выкрашиванию частиц поверхности, образованию вначале мелких ямок (3.14,б), переходящих далее в раковины. При выкрашивании нарушаются условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимается в ямки), что приводит к быстрому изнашиванию и задиру зубьев. Возрастают динамические нагрузки, шум, температура.
При твердости поверхностей зубьев Н 350 НВ, оно постепенно поражает рабочую поверхность ножек зубьев.
Усталостное выкрашивание зубьев предупреждают расчетом на точность по контактным напряжениям, повышением твердости поверхности зубьев, применением коррекции, повышением степени точности, правильным выбором сорта масла.
В открытых передачах выкрашивания не наблюдается. Так как изнашивание поверхности зубьев опережает развитие усталостных трещин.
Изнашивание зубьев. Основной вид разрушения зубьев открытых передач. По мере изнашивания зуб утоняется (рис. 3.14,в), ослабляется его ножка, увеличиваются зазоры в зацеплении, что в конечном счете приводит к поломке зубьев. Разрушению зубьев предшествует возникновение повышенного шума при работе передачи. Изнашивание можно уменьшить защитой от попадания абразивных частиц, повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, уменьшением скольжения зубьев путем коррекции.
Заедание зубьев(см.2.3). Заключается в приваривании частиц одного зуба к другому вследствие местного повышения температур в зоне зацепления. Образовавшиеся наросты на зубьях задирают рабочие поверхности других зубьев, бороздя их в направлении скольжения (рис. 3.14,г). Заедание зубьев предупреждают повышением твердости и понижением шероховатости рабочих поверхностей зубьев, применением коррекции, правильным подбором противозадирных масел.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные достоинства и недостатки зубчатых передач по сравнению с другими передачами?
2. По каким признакам классифицируются зубчатые передачи?
3. В чем сущность основной теоремы зацепления?
4. Что такое эвольвента окружности и какими свойствами она обладает?
5. Почему эвольвентное зацепление имеет преимущественное применение?
6. Что называется полюсом зацепления, линией зацепления и углом зацепления?
7. Как определить на линии зацепления точки, соответствующие началу и концу зацепления одной пары зубьев?
8. Каков стандартный исходный профиль рейки эвольвентного зацепления?
9. В чем сущность нарезания зубьев методом копирования и методом обкатки? Их сравнительная характеристика.
10. Какие окружности зубчатых передач называют начальными и какие окружности зубчатых колес называют делительными? В каких зубчатых передачах они совпадают?
11. Что называется шагом и модулем зубчатого зацепления?
12. Что следует понимать под коэффициентом торцового перекрытия? Как влияет его величина на работу зубчатой передачи?
13. Каково влияние числа зубьев на их форму и прочность?
14. Когда возникает подрезание зубьев при нарезании их инструментом реечного типа?
15. Что следует понимать под зубчатым зацеплением со смещением (корригированным) и для чего оно применяется?
16. Какие применяют два типа передач со смещением и как оно осуществляется?
17. Какие факторы влияют на выбор степени точности изготовления зубчатых колес? Какие степени точности применяют в передачах общего машиностроения?
18. С какой целью производят смазывание зубчатых передач?
19. В чем сущность картерного смазывания зубчатых передач?
20. Назовите основные факторы, влияющие на к.п.д. зубчатой передачи.
21. Какие материалы применяются для изготовления зубчатых колес?
22. Почему все остальные зубчатые колеса в зависимости от твердости зубьев делятся на две группы?
23. В чем сущность усталостной поломки зубьев? Меры по предупреждению поломки.
24. Почему в закрытых передачах усталостное выкрашивание является основным видом разрушения поверхности зубьев? Меры по предупреждению выкрашивания.
25. Почему заедание преимущественно наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных передачах, в чем его сущность? Меры по предупреждению заедания.
26. Как проявляется износ зубьев на работе передачи? Причины повышенного износа и меры его предупреждения.
27. Что влияет на величину допускаемых контактных напряжений для расчетов на прочность зубьев при длительной работе?
28. Как определяется среднее допускаемое контактное напряжение для расчетов на прочность передач с непрямыми зубьями при разности средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса Н≥70НВ и средней твердости рабочих поверхностей зубьев колеса Н
Дата добавления: 2015-10-26 ; просмотров: 10291 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Классификация повреждений зубчатых передач
материал предоставил к.т.н. СИДОРОВ Владимир Анатольевич
Безотказность зубчатых передач – определяющий фактор надёжности работы механического оборудования. Для определения причин их повреждения необходимо соблюдать последовательность осмотра, определять возможность использования при различных видах износа. Зубчатое колесо необходимо заменять в случае обнаружения классифицированного дефекта, характеристики которого выходят за пределы установленных значений.
Зубчатые передачи широко используют в механическом оборудовании для преобразования параметров вращательного движения. Срок их службы определяет показатели безотказности работы механизма и является одним из критических звеньев дерева отказов. Отказы механического оборудования из-за износа или разрушения зубчатых колес приводят к наиболее длительным простоям и требуют больших затрат для восстановления работоспособности. Предупредить аварийное разрушение зубьев и увеличить срок службы передачи позволяют своевременные ремонтные мероприятия, обоснованные результатами визуального износа.
В процессе эксплуатации невозможно контролировать физические процессы, происходящие в зоне контакта зубчатого зацепления. В тоже время вид износа, характер разрушения и распределение действующих сил позволяют получить информацию о параметрах их эксплуатации и характере старения.
В научной литературе и стандартах различного уровня описаны виды повреждений зубчатых передач и требования, обеспечивающие длительную работу зубчатого зацепления. Известная классификация повреждений зубчатых передач не является единой, а при определении причин и характера разрушения используют различную терминологию. Опыт решения практических задач определения причин повреждений и разрушений требует разработки классификации повреждений зубчатых передач на единой методической основе.
Классификация повреждений зубчатых передач с целью определения причин разрушения или износа и предупреждения их развития на стадии эксплуатации должна учитывать следующие варианты соотношения сроков службы самих передач и узлов, в которые они входят:
Определение причины повреждения позволяет разработать рациональные методы воздействия на зубчатые передачи для повышения их долговечности. В практике работы ремонтных служб промышленных предприятий основным методом оценки степени работоспособности и состояния зубчатых передач является визуальный осмотр. Вибрационный контроль в данном случае является индикаторным методом, позволяющим зафиксировать отклонения в работе зубчатого зацепления. Более эффективно оценивать степень повреждения и обосновывать необходимость замены зубчатых колес путем непосредственного осмотра зубьев (рисунок 1). При этом большее внимание уделяют характеру повреждений и расположению пятна контакта на рабочих поверхностях зубьев.
Рисунок 1 – Общий вид мультипликатора, подготовленного к визуальному осмотру
На работоспособность зубчатых передач влияют как внешние факторы, определяющие передаваемые крутящие моменты и характер вращения зубчатых колес, так и внутренние, зависящие от технического состояния механизма. Взаимодействие внешних и внутренних факторов создает многообразие возможных повреждений зубчатых передач. Несмотря на неизменность в процессе эксплуатации передаточного отношения зубчатой передачи, данные факторы изменяются, приводя к преобладанию определенного вида износа или повреждения. При определении причин повреждения необходимо рассматривать зубчатое колесо как деталь, имеющую посадочную поверхность, несущие элементы и контактную взаимодействующую поверхность. Необходимо соблюдать следующую последовательность осмотра: посадочная поверхность, торцевая и рабочая поверхность зубьев, осмотр противоположной стороны зубчатого колеса.
На работоспособность зубчатого зацепления влияют такие внешние факторы:
Рисунок 2 – Отсутствие деформаций – признак воздействия номинальной нагрузки:
а) рабочая поверхность зубьев;
б) торцевая поверхность зубьев
Рисунок 3 – Превышение предела выносливости материала приводит к осповидному выкрашиванию рабочей поверхности:
а) начальная стадия;
б) дальнейшее развитие;
в) предельное состояние
Рисунок 4 – Пластические сдвиги на рабочей поверхности зубчатой передачи – напряжения на площадках контактов превысили предел текучести:
а) начальная стадия;
б) дальнейшее развитие
Рисунок 5 – Излом зубьев из-за воздействия динамических ударов
Рисунок 6 – Пятно контакта на нерабочей поверхности зуба колеса
Рисунок 7 – Следы коррозии на поверхности зубьев:
а) равномерный слой;
б) неравномерный слой
Первоначальное проявление абразивного износа – появление царапин или рисок на рабочей поверхности в направлении движения абразивного материала (рисунок 8). В данном случае поверхность рабочего колеса шестерённого маслонасоса, повреждена продуктами износа, присутствующими в смазочном материале. Развитию абразивного износа способствует использование пластичной или загрязнённой смазки, являющейся аккумулятором абразивных частиц. В дальнейшем у изношенных передач повышаются зазоры в зацеплении, усиливаются шум, вибрация и динамические перегрузки; искажается форма зуба; уменьшаются размеры поперечного сечения и прочность зуба. Основные меры предупреждения — защита от загрязнения, применение магнитных фильтров и повышение качества фильтрации масла. Несвоевременно обнаруженный абразивный износ ликвидируют заменой колеса (рисунок 9).
Рисунок 8 – Начальная стадия абразивного износа колеса шестерённого насоса – появление рисок на рабочей поверхности зубьев
исунок 9 – Предельная стадия абразивного износа кремальерной шестерни
На работоспособность зубчатого зацепления влияют такие внутренние факторы:
Рисунок 10 – Состояние посадочных поверхностей зубчатого колеса и вала:
а) неподвижная посадка;
б) малые перемещения сопрягаемых деталей
Рисунок 11 – Окислительный износ поверхности зубчатой передачи при жидкостном трении
Рисунок 12 – Полированная поверхность зуба – признак граничного трения
Отсутствие смазки между контактирующими поверхностями приводит к повышению температуры, разрушению поверхностных твёрдых плёнок окислов и возникновению адгезионных связей между контактирующими зубьями. Силы на площадках контактов должны быть достаточными для разрушения твёрдых плёнок окислов. Для тяжелонагруженных высокоскоростных зубчатых передач наиболее характерное проявление – вырывы металла на вершинах зубьев (рисунок 13).
Рисунок 13 – Вырывы металла на вершинах зубьев – схватывание поверхности при отсутствии разделительной масляной пленки
Рисунок 14 – Равномерное расположение пятна контакта по длине и высоте зуба
Рисунок 15 – Сокращение пятна контакта из-за непараллельного расположение осей зацепления при уменьшенном расстоянии между осями зубчатых колес
Рисунок 16 – Неравномерный износ зубьев зубчатой муфты при несоосности валов
Отклонения в расположении валов и зубчатых колес приводит к нарушению равномерности воздействия прилагаемых сил. Она может проявляться в неравномерном распределении сил по длине зуба (рисунок 17) и равномерном по окружности зубчатого колеса. Неравномерное распределение сил по окружности зубчатого колеса возможно из-за его эксцентричного расположения. Отклонения могут быть настолько велики, что приведут к нарушению контакта зубчатого зацепления (рисунок 18). Неравномерность распределения сил приводит к образованию локальных сколов зубьев в ограниченном секторе (рисунок 5).
Рисунок 17 – Неравномерное распределение действующих сил по длине зуба и равномерное распределение по окружности зубчатого колеса
Рисунок 18 – Повреждения конического колеса при выходе зубьев из зацепления
Рисунок 19 – Локальные разрушения зубьев из-за реализации усталостных трещин
Часто зубчатые зацепления испытывают комбинированное воздействие нескольких факторов, один из которых становится доминирующим. Например, вид рабочей поверхности зубчатой передачи редуктора бесцентрового токарного станка (рисунок 20) позволил установить следующее:
Рисунок 20 – Общий вид рабочей поверхности зубчатой передачи редуктора бесцентрового токарного станка
Результаты анализа влияния на работоспособность зубчатого зацепления внутренних и внешних факторов позволяют следующим образом классифицировать пределы использования зубчатых передач при различных видах износа.
Типы поломок шестерен
Виды поломок шестерен коробок передач включают: износ, заедание, коррозия профиля, обламывание зубьев и сколы. В общих чертах, их можно разделить на две категории: усталостные разрушения и разрушения, связанные с износом. Усталостные разрушения чаще всего связаны с изгибом (растрескивание ножки зуба), подповерхностным усталостным напряжением, контактными (удар, механические разрушения) и тепловыми напряжениями. Разрушения вследствие износа зачастую связаны с макровыкрашивание (разрушение поверхности по делительной окружности), абразивным и адгезионным износом.
Растрескивание ножек зубьев и их разрушение происходит из-за циклических напряжений при изгибе, превышающих усталостную прочность материала по окружности впадин зубьев (рис.1). Неподходящая глубина упрочненного слоя, немартенситные продукты превращения в микроструктуре ножки зуба и перегрузки часто становятся причиной поверхностного растрескивания с последующим развитием трещины до разрушения.
Рис. 1. Обламывание зуба из-за усталости при изгибе.
Рис. 2. Зубья шестерни, оторванные от поверхности.
Поверхностное и глубинное выкрашивание (рис.3) возникает на пересечении приложенного (сдвигового) напряжения и допустимой прочности на поверхности или вплотную к ней. При наличии скольжения и высоком коэффициенте трения (из-за некачественной, неправильно выбранной смазки или разрыва смазочной плёнки) напряжение на поверхности максимально.
Рис. 3. Поверхностное усталостное выкрашивание из-за торцевой нагрузки.
Другие виды отказов могут быть связаны с некачественной термообработкой. Примерами могут служить очень тонкий поверхностно упрочненный слой или мягкие пятна (рис. 4) из-за неправильной очистки, параметров упрочнения поверхности или отпуска.
Рис. 4. Мягкие пятна в упрочненном слое (наблюдаются после дробеструйной обработки).
Неподходящие методы закалки и температура аустенизации также могут привести к снижению твердости, вследствие чего зубчатые колеса преждевременно выходят из строя из-за мягких зубьев (рис.5).
Рис. 5. Недостаточная твердость, приводящая к выходу из строя шестерни.
Свойства материала, такие как способность к закалке, размер зерен и включения (рис. 6), могут вызвать различные виды поломок шестерен. Поэтому чистота стали особ важна, как и контроль размера, формы и типа присутствующих включений.
Рис. 6. Выкрашивание из-за включений в вакуумированной стали.
Ликвация легирующих элементов и наварка сплавом также могут вызвать проблемы, поэтому при термообработке зубчатых колес нормализация считается целесообразным процессом.
Предотвращение поломок зубчатых колес
Важно понимать, что на усталостную прочность влияют такие факторы, как распределение твердости (глубина упрочненного слоя и твердость сердцевины и упрочненного слоя), микроструктура (размер зерен, остаточный аустенит, немартенситные фазы, карбиды и межзеренная прочность), а также особенности проектирования (рис. 7) и изготовления (остаточные напряжения сжатия, отделка и геометрия поверхности).
Рис. 7. Неправильное расположение отверстий.
Термическая обработка выполняется для достижения высокой твердости и достаточной подповерхностной прочности на активной поверхности, а также достаточной поверхностной твердости и высокого остаточного напряжения сжатия на переходной поверхности.
Низкая твердость упрочненного слоя также может быть обусловлена науглероживанием со слишком низким углеродным потенциалом, образованием нежелательных микроструктурных элементов, частичным обезуглероживанием поверхности, “слабой” закалкой или ненадлежащей температурой отпуска. Изменение технологических параметров приводит к образованию нежелательной микроструктуры.
Рис. 8. Изменение микроструктуры упрочненного слоя из-за неконтролируемых параметров процесса термообработки.
Некоторые неисправности зубчатых колес также могут возникать из-за проблем с проницаемостью упрочненного слоя, которые сводят на нет методы избирательного маскирования цементацией (например, меднение, маскировочные покрытия) для защиты поверхности от повреждений. В некоторых случаях загрязнение поверхности или неправильная сушка приводят к образованию пузырей. Чрезмерно агрессивная струйная обработка после нанесения покрытия также может повредить маскировочное покрытие. При травлении нежелательная цементация часто проявляется в виде неоднородных темно-серых участков (в зоне, которая должна быть светло-серой).
Изменение параметров закалки, даже при использовании одной и той же закалочной среды, может привести к образованию нежелательной микроструктуры сердцевины и твердости. Шестерня коробки передач 8822RH была закалена при двух разных значениях давления газа (20 бар и 12 бар), что привело к образованию разных микроструктур и разной твердости (рис.9).
Рис. 9. Изменение микроструктуры сердцевины вследствие закалки: (a) полностью мартенситная микроструктура с твердостью сердцевины HRC 44, (b) мартенситная микроструктура с продуктами промежуточных превращений (бейнит и феррит) при твердости сердцевины HRC 26.
Геометрия шестерни и слишком глубокая цементация для конкретного профиля зуба могут вызвать растрескивание упрочненного слоя, которое начинается в подповерхностном слое. Это явление обычно называют образованием трещин по границе упрочненного слоя (рис.10). Снижение высоких концентраций углерода на поверхности (например, маскирование вершин зубьев и торцевых поверхностей) и выбор глубины упрочненного слоя в соответствии с нижним предельным значением, указанным в спецификации, зачастую помогает избежать этой проблемы.
Рис. 10. Трещины по границе упрочненного слоя.
Состояние печи, используемой при термообработке, также может сыграть ключевую роль в преждевременном выходе из строя шестерни. Проникновение воздуха в печь (будь то из-за неправильных методов выполнения работ или из-за утечки) может повлиять на твердость упрочненного слоя и распределение остаточных напряжений, вызывая частичное или, в некоторых случаях, полное обезуглероживание поверхности (рис.11). Это может произойти, если углеродный потенциал атмосферы меньше, чем поверхностное содержание углерода в детали, или при потере защитной среды (например, при отключении питания).
Рис. 11. Полное обезуглероживание поверхности.
И наконец, выбор метода цементации (газовая, вакуумная) может повлиять на состояние поверхности, привести к межзёренному окислению и избирательной коррозии вследствие окисления.
Шестерни выходят из строя по целому ряду причин, однако причины, связанные с термической обработкой, можно предотвратить, используя рекомендованные методы выполнения работ и тщательно контролируя параметры процесса и оборудование.
Список использованных источников