10齿轮剥落损伤的鞍山钢铁学院(鞍山114007)叫探讨洲l摘要通过不同硬化屉深度滚轮的表面损错的试验研究和应力分析，提出了表面剥落的彤成模型。通过对剥落断口的宏观厦槭观分析，详细阐述了剥落的形成机理。主题词接触疲劳试验表面利落滚转齿轮ASstraetExpetSmemalizve~tlgatioaands“~aalysisweremadeonthesurfaovdBIT~eofsteel—rollerwithdLffex~mtdepthofhardeninglayerAeIisthusofferedtod~cribethesurfacestrollingformatioa．MacroandmicroanalysesareinadeIofdiscl1sIlgmechanismofspallingizdetailK00叽c姒fatiguete虬isuriac~s'palling；steel—roller~gearwheel1试验设备与试验条件为了探讨剥落的发生发展规律．采用圆盘辊子模拟齿轮齿面的接触状态进行接触疲劳损伤试验，试验使用JP—DB1500型试验机．试验中使试件接触面处于滑动滚动接触状态。试件为20QMrfn渗碳淬火圆盘辊子(如图1)，试件侧面无硬化层。全部试件的表面硬度在HV735-HV788范围内，具有四种不同的硬化层厚度(见表1)。且上下试件硬化层厚度相同，相对曲率半径为12．5mm。上下试件转速分别为2000r／min和2449r／min，滑动率分别为一22．4％和l8．3％，接触宽度窄的试件作为低转速的上试件。这样，由于试件边缘敬应的作用使上试件成为疲劳剥落的对象。采用1内燃机增压油喷人润滑．工作温保持在60℃左右。圈1试件的形状和尺寸表1各组试件硬化层厚度mm2试验结果与分析试件表面接触应力皆为2710MPa。表面损伤均为源于表面下裂纹而引起的疲劳剥落，且发生在低转速宽度窄的上试件。剥落前无显著异常变化，破坏是突然的，随后产生剧烈的振动和噪声。剥落深度随渗碳层的加深而移近次表层。试验结果唯有第一组最薄渗碳层试件产生深层破坏，其它三组试件全部在硬化层内产生次表层的浅层剥落。图2(a)是最薄渗碳层试件破坏的典型形貌，破坏深度达1．8mm，很明显裂纹起源于该深度，由于载荷大．裂纹源于偏离渗碳层边界的心部。试件两端面]JUT遗留下的刀痕，形成应力集中源，使裂纹从两端面临近渗碳层边界的心部起源，同时向试件宽度中心扩展而汇聚图2中可以清晰地观察到裂纹起源于两端面处的许多小台阶，中间的棱脊是裂纹从两端扩展汇聚的痕迹。脱离基体的金属类似于一个两端固定的梁．在接触应力的反复作用下滋生分枝裂纹。桂裂纹扩展至表面，形成悬臂粱，如图3所示．悬臂粱在进人接触区的瞬间，不断受到高于工作载荷的强大冲击力作用而迅速切断，形成边界垂直于表面而底部平行干表面的断口。)=J9×10(b)N：925×l图2剥落试件的宏观形象图2(b)是第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组渗碳层试件断IEI的典型形貌。三组试件的破坏深度在O，2～1，0rrma范围内。断IEI边缘锋利，底部呈断层状，说明断口大部分为瞬断区。由于渗碳层硬度高，材料较脆，一旦形成裂纹，裂纹迅速扩展。剥落后的断日边缘在循环冲击力的作用下相继切断，致使断口沿圆周方向不断扩展，扩展速度沿滚动方向比沿旋转方向更快。图2(a)可清楚辨认出沿滚动方向尚未脱落的切断部分。图4所示某试件剥落断口脱落金属的一部维普资讯http://www.cqvip.com《机械’2∞O年第27卷第2期分，剥落块断I=1上有明显的贝纹线，由此可以寻出裂纹源区所在位置，如图中箭头所示，证明剥落裂纹是起源于表面下。以上对剥落断口的形貌和破坏进行了宏观描述，其微观分析建立在扫描电子显擞镜观察的基础上。图5a、b、C是取自不同试件的源区、疲劳扩展区与瞬断区典型特征的图像。■一图3剥落趟什形貌圉4剥落块断口形虢a．振区b．瘟卦扩展区c瞬断区图5试件剥落断口的微观形貌多数试件剥落的源区起始于端面，由于端面的加工刀痕，在高载荷的作用下形成圆周方向的无数裂纹源，疲劳裂纹同时从多个源点出发，通过相邻取向微有差异的光滑纹路的疲劳裂纹，联接汇合成一个主要裂纹前沿，出现图2(a)所示很多高低不平的台阶状形貌。在高倍电子显微镜下观察的结果如图5a所示，源区断面较光滑，有时可以观察到央杂物。图5a中十字线交叉点处较大的央杂物由能谱仪验证为碳与铬的化台物，这种碳化物十分坚硬，塑性变形能力差。极易引起位错在界面处塞积，造成高度应力集中⋯，同时受到端面加工刀痕引起应力集中的波及，很...
