動(dòng)力輸出傳動(dòng)齒輪失效淺析及整改措施
近期，常州東風(fēng)農(nóng)機(jī)集團(tuán)有限公司收到大量質(zhì)量信息反饋、投訴：DF 300型輪拖在用戶進(jìn)行旋耕作業(yè)時(shí)，變速箱總成中的動(dòng)力輸出傳動(dòng)齒輪（我公司提供變速箱總成）發(fā)生崩齒的質(zhì)量問題。現(xiàn)東風(fēng)農(nóng)機(jī)集團(tuán)提出質(zhì)量索賠要求，并責(zé)令我公司立即對DF300動(dòng)力輸出傳動(dòng)齒輪的生產(chǎn)工藝進(jìn)行整改，迅速提供合格的產(chǎn)品，用于市場三包服務(wù)的更換，以免引起市場用戶因該齒輪質(zhì)量問題造成更大的質(zhì)量投訴及其他意想不到事件的發(fā)生。
1.崩齒原因初步調(diào)查與分析
接此信息反饋，公司迅速組織技術(shù)、質(zhì)保、制造等部門人員就DF300動(dòng)力輸出傳動(dòng)齒輪崩齒的質(zhì)量問題進(jìn)行失效分析。
DF300動(dòng)力輸出傳動(dòng)齒輪：材質(zhì)原來使用的是20CrMnTi，后根據(jù)東風(fēng)農(nóng)機(jī)集團(tuán)的要求，改用力學(xué)性能更好的19CN5材質(zhì)，外徑Ф131mm±0.05mm，齒數(shù)51，模數(shù)2.5，壓力角25º，表面經(jīng)C-N共滲淬火處理，滲層0.8～1.2mm，有效硬化層0.5～0.75mm，表面硬度58～64HRC，心部硬度32～46HRC，金相組織按QCn29018-91《汽車碳氮共滲齒輪金相檢驗(yàn)》，碳氮化合物1-4，馬氏體1-5，殘留奧氏體1-5，心部鐵素體1-4。
初步檢查發(fā)現(xiàn)，失效齒輪的齒根部存在明顯的齒根臺(tái)階，原因是滾齒時(shí)未使用單圓弧滾刀，剃齒切削過程擠壓形成臺(tái)階，該臺(tái)階部位切削應(yīng)力過分集中，導(dǎo)致淬火后在應(yīng)力集中的臺(tái)階區(qū)形成微裂紋，最終造成客戶使用過程中發(fā)生崩齒的質(zhì)量事故。
2.金相分析
在失效齒輪上選取有代表性的試樣，對齒輪原材料組織、滲層組織及齒輪心部的組織進(jìn)行了檢驗(yàn)，表面滲碳組織為較粗的高碳馬氏體和殘留奧氏體，馬氏體針按QCn29018-91《汽車碳氮共滲齒輪金相檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，在4～5級之間，表面硬度59HRC；心部組織為低碳馬氏體，心部硬度45HRC。
分析認(rèn)為，失效齒輪的熱處理質(zhì)量雖然合格，但馬氏體針較為粗大，殘留奧氏體量較多，級別偏上差；心部硬度45HRC也偏上差。因此熱處理工藝還有待于進(jìn)一步改進(jìn)提高。
3.整改措施
（1）金加工
齒根現(xiàn)狀：齒輪齒根部無過渡圓弧，目前用雙圓弧滾刀。整改措施：
- ①采用單圓弧滾刀。
- ②對庫存滾刀和現(xiàn)場使用滾刀送刀具廠修磨單圓弧（以后凡訂購刀具均采用單圓弧滾刀）。
- ③剃齒時(shí)控制剃刀外徑，杜絕剃刀外徑頂?shù)烬X根。
- ④嚴(yán)格刀具入庫檢查，重點(diǎn)檢查滾刀齒頂圓弧和觸角尺寸。
- ⑤提高滾刀刃磨質(zhì)量，減少滾刀徑向性誤差。
齒部精度現(xiàn)狀：加工基準(zhǔn)與驗(yàn)收基準(zhǔn)不統(tǒng)一，加工以小徑定位，驗(yàn)收以大徑定位；拉花鍵孔現(xiàn)采用復(fù)合拉刀臥拉，大小徑檢查端跳不一致偏差大。整改措施：現(xiàn)行加工工藝調(diào)整為粗、精車→滾齒→ 倒棱去毛→剃齒→拉花鍵孔→熱處理。相關(guān)要求：
- ①數(shù)控精車圓孔齒坯，保證孔與端面垂直≤0.03mm。技術(shù)處出粗精車圖。
- ②以圓孔定位滾齒、剃齒。
- ③滾齒后砂倒去齒端毛剌翻邊。
- ④嚴(yán)防齒輪端面即拉孔基準(zhǔn)面碰傷。
- ⑤新購立式拉床和拉刀，確保大小徑端跳一致，符合圖樣要求。
（2）熱處理工藝改進(jìn)
原工藝是采用C-N共滲處理，用科潤228快速光亮淬火油淬火（見圖1）。
圖 1
說明：
- （1）升溫時(shí)間不確定.
- （2）本工藝程序適用于20CrMnTi(或20CrMO）材料的多用爐C-N共滲熱處理工藝處理。
- （3）采用科潤228快速光亮淬火油。
整改后工藝如圖2所示。
圖 2
說明：
- （1）升溫時(shí)間不確定。
- （2）本工藝程序適用于19CN5材料的多用爐滲碳熱處理工藝處理。
- （3）采用科潤468分級淬火油。
4.整改效果
（1）金加工
齒根：齒輪齒根部有過渡圓弧，無明顯的剃齒切削臺(tái)階。齒部精度：以圓孔定位滾齒、剃齒，大小徑端跳均符合圖樣要求。
（2）熱處理工藝改進(jìn)
金相檢驗(yàn)結(jié)果表明：表面滲碳組織為較細(xì)的高碳馬氏體和殘留奧氏體，馬氏體針按QCn29018-91《汽車碳氮共滲齒輪金相檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，表面硬度59HRC；組織為：馬氏體、殘留奧氏體，在3級左右，心部硬度42HRC，心部組織為低碳馬氏體。
5.結(jié)語
DF 300型輪拖變速箱總成中的動(dòng)力輸出傳動(dòng)齒輪發(fā)生崩齒的質(zhì)量問題的根本原因是：滾齒時(shí)未使用單圓弧滾刀，剃齒切削過程擠壓形成明顯臺(tái)階，該臺(tái)階部位切削應(yīng)力過分集中，導(dǎo)致淬火后在應(yīng)力集中的臺(tái)階區(qū)形成微裂紋，最終造成客戶使用過程中發(fā)生崩齒的質(zhì)量事故。
19CN5材料是引進(jìn)國外的 Cr-Ni系鋼種，是傳動(dòng)件中重要表面硬化用鋼。有較高的強(qiáng)度和韌性，較好的可切削加工性和鍛、軋熱加工性能，相對熱變形較小，但焊接性和抗蝕性較差。用于拖拉機(jī)、汽車傳動(dòng)箱部分及配套件，制作高韌性、高強(qiáng)度、中等模數(shù)的齒輪及齒輪軸等。此材料采用C-N共滲處理時(shí)，常表現(xiàn)為組織粗大；如氮量略高，常會(huì)出現(xiàn)黑色組織，將使其接觸疲勞強(qiáng)度降低，易產(chǎn)生氫脆。由于熱變形較小，所以C-N共滲與滲碳工藝相比，滲碳工藝更適合19CN5材料的熱處理。
作者：張文泉; 單位：興化東華齒輪有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
