【热处理】通过仿真技术进行齿轮失效分析

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确定失效分析的仿真过程

 ,分析来样:

来样材质: 8620H

齿轮参数: 2M 直齿圆柱齿轮 无变位。

齿轮工艺: 下料-锻造-粗加工-热处理-磨加工-抛丸

供货材料直径: 80mm

寿命设计:  主动轮17亿次,从动轮3500万次

齿轮失效状态: 装配后使用15h断裂,裂纹源在齿根表面。

齿轮失效来样照片: 下图

 

 ,材料分析:

化学成分分析表:

化学成份

C

Si

Mn

S

P

Cr

Ni

Mo

成份要求

0.18-0.23

0.15-0.35

0.7-0.9

≤0.035

0.04

0.4-0.6

0.4-0.7

0.15-0.25

成份结果

0.20

0.30

0.85

0.009

0.012

0.55

0.65

0.21

材料符合标准ASTM A29/A29M-04

 

对材料晶粒度,带状组织进行检测:

检测项目

级别

结果

晶粒度

8

合格

带状组织

1

合格

带状组织符合标准GB/T 34474.1-2017,晶粒度符合标准GB/T 6394-2002

 

 ,齿轮动力学分析

1, 将齿轮组代入workbench,设置接触条件,对齿轮全齿接触应力进行分析,求解结果如下图:

注:求解结果仅供参考(客户保密)

分析可以得到:齿轮节圆,齿根处接触应力符合设计要求,无应力过大情况。

 

2, 将齿轮组代入adams,设置接触条件,对齿轮进行运行干涉,动态载荷分析,求解结果如下图:

注:求解结果仅供参考(客户保密)

分析可以得到: 齿轮运动无干涉,动态载荷符合设计要求。

 

四, Dante热处理工艺仿真分析

齿轮热处理工艺过程及曲线示意图

热处理曲线示意图

 

热处理仿真参数设置:

1, 齿轮网格划分:

 

2, 将工艺数据代入dante。

3, 求解分析数据

热处理组织分析数据

渗碳结果

 

残余奥氏体含量分布

 

铁素体含量分布

 

回火马氏体分布

 

分析可以得到:

齿轮正常的的热处理组织分布

奥氏体心部铁素体分布最大3%左右

残余奥氏体分布最大9%左右

回火马氏体分布最大96%左右

 

 

应力变形分析数据:

X向应力结果

 

X向变形位移

 

Y向应力结果

 

Y向变形位移  

 

 

Z向应力结果

 

 

Z向变形结果

1, 对热处理应力进行全过程分析,在淬火各个阶段内拉应力均小于材料瞬时抗拉强度。

2, 热处理最终变形符合技术要求。

五, 表面组织分析:

对断裂齿轮表面裂纹源组织进行金相分析,金相结果如下:

检测项目

要求

结果(最大)

合格/不合格

非马组织

≤0.02mm

0.01732mm

合格

晶间氧化

≤0.02mm

0.0163mm

合格

 

 ,齿轮表面检查:

对同批次齿轮进行外观检查,发现齿根处有粗大加工痕迹。根据齿轮断裂状态也可以大体判断裂纹源在齿根处。

 

分析结论:

1, 对齿轮进行宏观分析,开裂源在齿根表面,对表面开裂的问题点展开分析。

2, 使用dante热处理仿真可以分析齿轮热处理工艺,能够得到组织分布,确定工艺无明显异常。

3, 通过对齿轮全齿轮接触面分析,动态载荷分析,结果符合齿轮设计要求,排除因齿轮齿根接触应力过大,或设计载荷分布问题导致的齿轮断裂

4, 对材料进行分析,排除因材料问题导致的断裂失效情况。

5, 对齿轮表面进行金相组织分析,非马及晶间氧化符合要求,排除因表面组织不良造成的表面开裂。 

6, 经表面检查,齿根处有粗大加工刀痕,不但出现了失效裂纹源,还严重降低了齿根疲劳强度。此次断裂失效为粗大加工刀痕导致的齿轮提前开裂失效。

2023年1月5日 01:35
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