主题：【原创】请分析一件20CrMnTi制行星齿轮的开裂原因

原文由 zhf401(zhf401) 发表:
3件都存在失效，应该结合一下齿轮的热处理工艺以及受载情况进行分析，是否存在大的冲击，机构设计上是否存在缺陷。

有道理，确实是热处理工艺存在问题，各位再仔细看一看断口的起始位置存在什么问题。当然，我也没做金相、成分、力学性能包括什么电镜等，纯粹是从宏观来分析。受载情况正常。即使受载不正常，受到大的冲击，正常也会在齿轮的齿部反映出来，或者齿部变形或者断齿，不会从齿轮的内表面开裂，而且不会是疲劳开裂。

原文由 tgl(tgl) 发表:

原文由 zhf401(zhf401) 发表:
3件都存在失效，应该结合一下齿轮的热处理工艺以及受载情况进行分析，是否存在大的冲击，机构设计上是否存在缺陷。

有道理，确实是热处理工艺存在问题，各位再仔细看一看断口的起始位置存在什么问题。当然，我也没做金相、成分、力学性能包括什么电镜等，纯粹是从宏观来分析。受载情况正常。即使受载不正常，受到大的冲击，正常也会在齿轮的齿部反映出来，或者齿部变形或者断齿，不会从齿轮的内表面开裂，而且不会是疲劳开裂。

不是轴承过盈配合涨裂的

原文由 驰奔(srd2009) 发表:

原文由 tgl(tgl) 发表:

原文由 zhf401(zhf401) 发表:
3件都存在失效，应该结合一下齿轮的热处理工艺以及受载情况进行分析，是否存在大的冲击，机构设计上是否存在缺陷。

有道理，确实是热处理工艺存在问题，各位再仔细看一看断口的起始位置存在什么问题。当然，我也没做金相、成分、力学性能包括什么电镜等，纯粹是从宏观来分析。受载情况正常。即使受载不正常，受到大的冲击，正常也会在齿轮的齿部反映出来，或者齿部变形或者断齿，不会从齿轮的内表面开裂，而且不会是疲劳开裂。

不是轴承过盈配合涨裂的

确实是涨裂的，但为什么会涨裂呢？

继续关注此贴，源裂纹由次表层而出？

把我的初步分析发在这儿，请高手指正。

磨煤机行星齿轮开裂初步分析
据了解，行星齿轮所用材料为20CrMnTi。根据该材料的性能，制造齿轮时采用的工艺一般为锻件加工成型——齿部渗碳处理——淬火——高温回火——二次淬火——低温回火——整形修齿——出厂；或者锻件——预备热处理（调质）——加工成型——齿部渗碳处理——淬火——高温回火——二次淬火——低温回火——整形修齿——出厂。技术要求一般为齿面硬度58-62HRC，芯部硬度33-42HRC，渗碳有效硬化层深度1.0-1.5mm（对应渗碳层深度1.2-1.8mm左右），这样才能保证齿轮齿面的高耐磨性和芯部的高韧性，而对于不需渗碳的表面应采用防渗碳工艺，如齿轮的端面和内表面。
从开裂齿轮的硬度检查情况看，齿面硬度在60HRC左右，齿端面硬度在30-40HRC，基本符合要求，但齿轮内表面硬度很不均匀，硬度范围在20-42HRC区间波动。
对断裂件断口表面进行进一步处理后，发现该齿轮在热处理过程中存在明显的错误，具体表现在：热处理时对应该保护避免渗碳的齿轮端面及内表面进行了渗碳，厚度约0.5-1mm左右。具体的照片见照片1。

照片1    断口表面两个裂纹源处表面的细晶粒
说明端面及内表面经过了渗碳处理（见箭头所指）在不应渗碳的内表面出现渗碳层，说明在渗碳处理时该处未涂防渗涂料。
齿轮与轴承为紧配合装配，滚珠轴承保持架的硬度一般在60HRC左右，如果齿轮内表面经过渗碳处理，内表面的硬度也将达到55-60HRC，紧配合的装配过程中，齿轮内表面无法产生塑性变形，必将在齿轮内表面产生极大的张应力，严重时，在装配过程中即能在尖角等应力集中处产生裂纹。这也解释了为什么在如照片1所示的齿轮端面已倒角的部位也出现裂纹的原因。
照片1的局部放大见照片2，更清晰地显示了渗碳层的断口形貌。

照片2
硬度的不均匀（软点）是因为厂家在对齿轮进行表面渗碳后发现内表面机加工困难，又对内表面进行了感应加热退火处理，处理不均匀，导致内表面硬度不均匀，有些局部硬度有50HRC。在装配过程中在尖角等应力集中处产生裂纹，齿轮内圈变形，齿轮内圈与轴承保持架松动，对渗碳表面存在冲击、震动、摩擦等导致高硬度的渗碳层开裂，次表面变形、开裂引起裂纹疲劳扩展，疲劳裂纹的扩展最终引起齿轮完全裂开。
齿轮内表面固定垫片卡座的加工工艺应进行改进。固定垫片卡座底部铣加工时，应留倒角，固定垫片卡座两边也应倒角，减少这两处的应力集中现象，提高该处的疲劳性能。

原文由 tgl(tgl) 发表:
把我的初步分析发在这儿，请高手指正。

磨煤机行星齿轮开裂初步分析
据了解，行星齿轮所用材料为20CrMnTi。根据该材料的性能，制造齿轮时采用的工艺一般为锻件加工成型——齿部渗碳处理——淬火——高温回火——二次淬火——低温回火——整形修齿——出厂；或者锻件——预备热处理（调质）——加工成型——齿部渗碳处理——淬火——高温回火——二次淬火——低温回火——整形修齿——出厂。技术要求一般为齿面硬度58-62HRC，芯部硬度33-42HRC，渗碳有效硬化层深度1.0-1.5mm（对应渗碳层深度1.2-1.8mm左右），这样才能保证齿轮齿面的高耐磨性和芯部的高韧性，而对于不需渗碳的表面应采用防渗碳工艺，如齿轮的端面和内表面。
从开裂齿轮的硬度检查情况看，齿面硬度在60HRC左右，齿端面硬度在30-40HRC，基本符合要求，但齿轮内表面硬度很不均匀，硬度范围在20-42HRC区间波动。
对断裂件断口表面进行进一步处理后，发现该齿轮在热处理过程中存在明显的错误，具体表现在：热处理时对应该保护避免渗碳的齿轮端面及内表面进行了渗碳，厚度约0.5-1mm左右。具体的照片见照片1。

照片1    断口表面两个裂纹源处表面的细晶粒
说明端面及内表面经过了渗碳处理（见箭头所指）在不应渗碳的内表面出现渗碳层，说明在渗碳处理时该处未涂防渗涂料。
齿轮与轴承为紧配合装配，滚珠轴承保持架的硬度一般在60HRC左右，如果齿轮内表面经过渗碳处理，内表面的硬度也将达到55-60HRC，紧配合的装配过程中，齿轮内表面无法产生塑性变形，必将在齿轮内表面产生极大的张应力，严重时，在装配过程中即能在尖角等应力集中处产生裂纹。这也解释了为什么在如照片1所示的齿轮端面已倒角的部位也出现裂纹的原因。
照片1的局部放大见照片2，更清晰地显示了渗碳层的断口形貌。

照片2
硬度的不均匀（软点）是因为厂家在对齿轮进行表面渗碳后发现内表面机加工困难，又对内表面进行了感应加热退火处理，处理不均匀，导致内表面硬度不均匀，有些局部硬度有50HRC。在装配过程中在尖角等应力集中处产生裂纹，齿轮内圈变形，齿轮内圈与轴承保持架松动，对渗碳表面存在冲击、震动、摩擦等导致高硬度的渗碳层开裂，次表面变形、开裂引起裂纹疲劳扩展，疲劳裂纹的扩展最终引起齿轮完全裂开。
齿轮内表面固定垫片卡座的加工工艺应进行改进。固定垫片卡座底部铣加工时，应留倒角，固定垫片卡座两边也应倒角，减少这两处的应力集中现象，提高该处的疲劳性能。

磨煤机行星齿轮开裂初步分析.doc

不好意思，照片及完整的分析在附件中

我是一个专业的工程零件失效分析人员，你分析的已经非常有道理，逻辑推断均符合宏观断口特征，可以通过试验验证一下你的结论。咱们可以交流一下，我的信箱是dufengzhen@sina.com，学习了！

你可以从一下几个方面同时着手准备试验：
保护断面免受污染，保持干燥防锈蚀，做线切割取样。
1.化学分析必做，防止用错料，这个基础不先判定清楚，一切相关分析就不有的放矢了.
2.金相必做  包括齿轮部分和中心与轴配合断裂部分，至少做2个，最好做五个部位；主要看看渗碳深度，渗碳梯度，显微相分析，看看是否有网状渗碳体出现等可能的裂纹源。
3.有必要看看电镜能普，看看显微硬度，使得分析依据会更加全面。
我想只要这些试验足以验证你的分析了。