发动机排气管联接螺栓断裂失效分析

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小模数渗碳淬火齿轮硬化层问题浙江双环传动机械股份有限公司 (玉环 317600) 阳 义 吴思良湖南科技大学 (湘潭 411201) 钟 寅由于齿轮渗碳时曲率半径、温度嘲气氛状态方面的差异，造成沿齿廓渗碳硬化层不均匀。齿轮的渗碳不均匀不仅表现为自表向内的不均匀，同时表现为 自顶到根”的不均匀，成为淬火冷却畸变的诱因之-，同时给渗碳淬火的精确计算和模拟带来极大困难。

1.理想的硬化层分布为了满足齿轮服役下的性能要求，齿轮的热处理要达到合理的硬化层分布，以及所希望的微观组织结构，渗碳层分布和淬火冷却方式是最关键的因素。以赫兹应力作为齿面接触应力的计算基础得出，随着齿轮模数的增大，最大赫兹应力的峰值往层深方向移动，同时，硬化层曲线的斜率减校齿轮合理的硬化层要求表面硬度高、心部硬度适中，以满足接触循环应力和弯曲循环应力下的强度要求∮触疲劳失效为剪切应力超过其强度极7.改进措施与效果(1)由于25Cr2MoVA材质的螺栓及热处理工艺不能满足使用要求，所以重新选择了新的螺栓材料及热处理工艺，提高了螺栓的综合性能，满足了使用要求。改进后的材料为42Cr9Si2，热处理工艺为1020C油淬，70o～800C回火后油冷。

(2)机械加工成形后的螺栓表面应无脱碳层，热处理需在脱氧良好的盐浴炉中进行，并及时对淬火工装进行除锈处理，确保盐浴成分中的氧化物含量符合技术要求，防止螺栓出现脱碳现象。

采取上述措施后，此型号发动机排气管联接螺栓的性能满足了使用要求，未再出现断裂现象。

MIW (20121115)56 20w w .m e第tol!w期orkl热nK缝Ig sO蟹.co压m傍莓 管磊 热加工 ，V- -限；弯曲疲劳失效是弯曲应力超过其强度极限。当齿轮的硬化层决定的强度曲线所有值始终大于承受应力极限曲线 (包括接触应力和弯曲应力)时为理想的合格硬化层，如果两条曲线有交点时，便可能出裂纹，为不合理的硬化层分布。

渗碳层分布影响组织结构，从而影响渗层区材料的淬透性、淬硬性，影响淬火的硬化层分布。因此，合理的硬化层分布要求合理的渗碳层分布。

2.渗碳扩散中的渗碳层分布问题对于小模数齿轮从齿顶到齿根形状和尺寸，使得碳原子的扩散不单是-维平面扩散问题，不同的热处理设备气氛的流动性能也不同，受诸多因素影响，齿顶到齿根出现明显的渗碳层浓度分布不均匀，如图1所示。

3.实例分析(1)实例现象与结果 本文以材料为20MnCr5的小模数齿轮为例，采用连续渗碳炉经880C滴注式渗- 圆碳淬火回火热处理≮圆硬化层检测和齿根硬化层检测结果如图2所示 ，节圆处表面层金相组织如图3所示♂果表明，节圆处硬化层和齿根处硬化层存在明显差异≮圆处表面层硬度低于次表面层硬度，出现 硬度低头”现象；齿根处硬度呈递减趋势。对节圆处金相检测结果表明残留奥氏体高于齿根处 。

(2)原因及机理分析 节圆0.1mm处碳浓度高于齿根0.11TIm处碳浓度。齿轮的硬化层深 过浅”，对接触和弯曲承载能力都不利。但硬化层