硬齿面齿轮、齿轴磨削烧伤裂纹产生的原因及解决方法

于永江

摘 要：硬齿面减速机传动因其传动的扭矩大、精度高、运转平稳、噪声低、硬度高（一般HRC56～63）＼使用寿命长等优点而被广泛的应用在矿山、港口、化工机械、钢厂轧机和水泥机械行业上，尽管硬齿面减速机较软齿面减速机有许多优点，但也有缺陷，那就是存在易产生磨削烧伤和裂纹，烧伤和裂纹导致齿轮过早的磨损及失效，必须重视并想办法予以解决。

关键词：烧伤裂纹产生的原因；磨削烧伤和裂纹的危害；解决磨削烧伤和裂纹的方法

中图分类号：TH132 文献标识码：A

一、烧伤裂纹产生的原因

1 残余奥氏体的影响

残余奥氏体由于砂轮磨削时产生的热和压力较高（一般磨削区温度在正常条件下为400℃～500℃，但在不正常的磨削条件下可达近1000℃或更高）促使残余奥氏体继续产生马氏体使组织应力不平衡，从而产生磨削裂纹，残余奥氏体量应控制在30%以下。

2 渗碳层浓度

渗碳层浓度过高时，在渗碳层组织中容易形成网状碳化物或过多的游离碳化合物，由于这种物质硬度极硬，在磨削过程中可能出现局部过热倾向易发生表面烧伤，碳浓度应控制在0.75%～ 0.95%，碳浓度过高易产生磨削烧伤和裂纹。

3 碳化物分布和形态

碳化物分布应均匀，碳化物形态应为球状、粒状或细点状分布为好，不允许有网状或角状碳化物，否则易在磨削中产生裂纹。

4 脱碳

工件在热处理过程中，因环境保护不当，齿轮表面含碳量降低，这样在齿面上就产生一层薄的脱碳层，这层软的脱碳层会引起砂轮过载和过热，易产生烧伤。

5 回火

在保证零件硬度的前提下，回火温度尽可能高一些，回火时间尽可能长一些，这样可以提高渗碳淬硬表面的塑性，而且使残余应力得以平衡或降低，改善表面应力的分布状况，这样可以降低出现磨齿裂纹的机率，提高磨齿效率和产品质量。

6 热处理变形

应尽量减少热处理变形，这样可减少磨齿余量，若热处理变形过大，并且操作者不是在齿圈径向跳动最大处开始磨削，则每次磨削在这些点上去除的磨削余量将是不均匀不正常的，从而易导致烧伤和裂纹的产生。

7 砂轮和冷却液

磨削淬硬齿面齿轮时应选用较软的砂轮，磨削软齿面齿轮时应选用较硬的砂轮，冷却液供应要充分，冷却液必须喷到磨削区域，流量约为40L/min～ 60L/min，并具有一定的压力。砂轮选择不当和冷却液供应不充分也易烧伤和磨削裂纹的原因。

二、磨削烧伤和裂纹的危害

磨削烧伤是工件表面由于瞬间磨削热对它氧化的结果，它的危害是表面颜色改变，使工件淬火的硬度下降，使啮合的齿轮过早磨损，缩短齿轮的使用寿命。

磨削裂纹有如下几种类型：

沿齿高方向的裂纹如图1所示。

网状的裂纹如图2所示。

磨削裂纹在齿轮啮合过程中，经过往复载荷的推压，轻微的磨削裂纹易造成齿面表皮的脱落，如图3所示。

严重的磨削裂纹沿齿长方向的裂纹会导致齿面严重磨损，渗碳淬火的硬化层剥落后齿的硬度降低，承受的应力也大大的降低，再经过多次往复的冲击，超过极限了，导致疲劳断裂，造成减速器的损坏。

三、解决磨削烧伤和裂纹的方法

齿轮上有磨削烧伤和裂纹在轮齿运转时受负荷的影响降低齿轮的疲劳强度，导致齿面过早的磨损，当沿齿高和齿长方向同时出现时形成网状裂纹，它会导致齿面剥落，造成齿轮过早的失效，必须解决磨削烧伤和裂纹的出现，方法有如下几种。

1 采用合理的磨削用量

尽可能选用小些径向进给量和选择适当的砂轮转速，一般砂轮线速度常在30m/s～35m/s左右，高速磨削时选用立方氮化硼砂轮。

2 残余奥氏体量应控制在30%以内

为了控制残余奥氏体量选择合理的加热温度和冷却速度及保温时间。避免残余奥氏体量过多，使表面硬度，耐磨性及疲劳强度降低。

3 渗碳层浓度控制在0.75%～0.95%

渗碳层零件表面层含碳量过低，淬火低温回火后得到含碳量较低的回火马氏体，硬度低，耐磨性差；表面层含碳量过高，渗碳层出现大量块状或网状渗碳体，而引起脆性增强，磨齿时易产生裂纹，使用中易造成齿面剥落。

4 减少热处理变形

热处理时工件摆放应平稳，壁薄的齿圈热处理时要在内圈放置支撑的工艺工装以减少变形。

5 磨齿前按齿圈外圆精确找正，以使齿面余量分布均匀。

6 砂轮的选择

渗碳钢硬度高，砂粒易磨钝，为了避免砂粒磨钝而产生大量磨削热，砂轮硬度宜选择软些，以便于磨钝的砂粒及时脱落；磨削软齿面齿轮时应选用较硬的砂轮。磨齿时宜选择组织较松的砂粒，组织较松的砂粒气孔较多，其中可以容纳切屑，又可将冷却液和空气带入磨削区域，从而使磨削区域的温度降低。

7 砂轮的平衡和修整

严格控制砂轮传动系统心轴的间隙，砂轮传动带的松紧要调整合适，以保证砂轮工作时处于良好的平衡状态；砂轮磨钝时要及时修整打磨以保持其锋利。

8 冷却液

磨削过程中，冷却的控制是一个重要的因素，冷却液必须喷到磨削区域，冷却液的流量约为40L/min～60L/min，压力一般为0.2MPa～0.4MPa。以保证充分冷却，盛冷却液的容积要足够大，以免掺入过多的气泡和泡沫，并要配备有效的过滤装置，以清除冷却液中的切屑、磨粒等杂物。

9 二次回火

在选择了正确的磨削用量，冷却液也充分的情况下磨削时，齿面刚见亮，还有磨削余量时暂停磨削，用肉眼观察齿面，若发现有磨削裂纹产生，应立刻停止磨削，把工件送去热处理进行二次回火后，再重新找正工件进行磨削也可消除磨削裂纹。

10 抛丸处理

齿轮在渗碳、淬火、回火后进行抛丸不但可除去齿面的氧化皮，还可去除齿面的残余应力减少裂纹的产生。

结论

（1）以上解决磨削烧伤裂纹的方法在实际工作中总结出来的经验，工作中解决了不少实际问题，是有效可行的。

（2）产生磨削烧伤和裂纹的因素较多，对不同的烧伤裂纹产生原因要进行全面的綜合分析，找出原因后采取正确的解决方法。

参考文献

[1]安云铮.热处理工艺学[M].北京：机械工业出版社，1986.

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