變速箱摩擦片哪些原因斷裂?

淬火時(shí)溫度過(guò)高是主因

推土機(jī)主要在濕地,、沙漠,、礦山,、大壩等野外工作,，工況惡劣,，具有負(fù)荷大、沖擊強(qiáng),、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),。目前，推土機(jī)大多采用行星式動(dòng)力換擋變速箱,，具有傳遞扭矩大,、傳動(dòng)比高、結(jié)構(gòu)緊湊,、輸入和輸出能實(shí)現(xiàn)同軸等優(yōu)點(diǎn),。

摩擦片是離合器的關(guān)鍵零件，不僅要求摩擦復(fù)合材料粘結(jié)強(qiáng)度高,、耐磨性好,，而且要求芯板韌性好、耐沖擊強(qiáng),。為此,，摩擦片工藝過(guò)程復(fù)雜，芯板需要進(jìn)行調(diào)質(zhì),、淬火等熱處理工序,，技術(shù)要求高。

本文以摩擦片早期斷裂故障為案例，通過(guò)對(duì)故障件失效形式,、斷口特征等方面的檢查與分析,，借助光譜元素測(cè)量?jī)x、蔡司顯微鏡,、顯微硬度計(jì)等儀器,，對(duì)故障件的化學(xué)成分、斷口的微觀特征,、金相組織,、硬度及硬化層等方面的檢測(cè)，終找到斷裂的原因,，然后通過(guò)芯板淬火工藝優(yōu)化及對(duì)熱處理過(guò)程的質(zhì)量管控,，排除該故障。

變速箱摩擦片哪些原因斷裂?

1.故障信息

（1）工況信息

某型號(hào)推土機(jī)在內(nèi)蒙古施工,，主要用于太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電站的基建工作,，推平沙丘和溝壑，平均每天工作時(shí)間約14h,。該車在工作1600 h左右時(shí),，變速箱內(nèi)部出現(xiàn)異響，服務(wù)人員檢查發(fā)現(xiàn)變速箱內(nèi)部摩擦片斷裂,。

（2）失效形式

故障件的斷裂狀態(tài)如圖1所示,，裂紋從摩擦片的花鍵根部呈放射狀延至外沿，出現(xiàn)貫通性整體斷裂,，裂開(kāi)的兩部分?jǐn)嗫谖呛?，無(wú)碎片、顆粒等脫落,。從銅基摩擦材料的狀態(tài)看,，潤(rùn)滑油槽清晰，無(wú)明顯的磨損,、脫落,、燒結(jié)等異常狀態(tài)，由此判定,，摩擦片斷裂不是由于超負(fù)荷傳遞扭矩造成的,。

變速箱摩擦片哪些原因斷裂?

2.故障原因查找與分析

（1）材質(zhì)化驗(yàn)

摩擦片芯板的材質(zhì)是45鋼，整體調(diào)質(zhì)后,，對(duì)花鍵的表面進(jìn)行高頻感應(yīng)淬火,。將摩擦材料在平面磨床上去除后，取試樣如圖4所示,，依據(jù)國(guó)標(biāo)《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法》（GB/T4336—2016）對(duì)芯板材質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn).

（2）芯板硬度檢驗(yàn)

將故障件在電火花切割機(jī)上取樣,，如圖5所示,。在溫度20℃、濕度50%的條件下,，根據(jù)國(guó)標(biāo)《鋼件滲碳淬火回火金相檢驗(yàn)》（GB/T25744—2016）對(duì)硬度,、淬硬層深度進(jìn)行檢查?；ㄦI的齒部硬度要求≥40HRC,，實(shí)測(cè)54.8HRC，硬度合格,。

用4%硝酸酒精溶液腐蝕試樣,，花鍵淬硬層要求4.5～9.0mm，實(shí)測(cè)6.0mm,，淬硬層深度合格,；齒根部淬硬層深度要求0.7～2.5mm，實(shí)測(cè)值為0.9mm,。由此判定,，花鍵的硬度和淬硬層深度等符合圖樣要求，不是造成摩擦片早期斷裂的主要因素,。

（3）非金屬夾雜物檢驗(yàn)

在4XC金相顯微鏡下檢測(cè)非金屬夾雜物的含量,，如圖6所示,，依據(jù)《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》（GB/T 10561—2005）,，芯板中非金屬夾雜物的含量如表2所示。從結(jié)果可看出,，原材料中硫化物,、氧化鋁等非金屬夾雜物含量符合技術(shù)要求，不是發(fā)生脆性斷裂的主要原因,。

（4）脫碳層深度檢驗(yàn)

利用光學(xué)顯微鏡,，觀察故障件花鍵齒的脫碳層深度，如圖7所示,。采用測(cè)試5點(diǎn)計(jì)算平均值法,，單側(cè)脫碳層的深度為0.03～0.07mm，在技術(shù)要求≤0.1mm的范圍內(nèi),，沒(méi)有嚴(yán)重的脫碳特征,。

（5）原因分析

依據(jù)《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》（GB/T13298—2015）對(duì)試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，微觀組織形態(tài)如圖8所示,，花鍵的金相組織為回火馬氏體,，晶粒度8級(jí)，金相組織粗大,，晶界變黑,，有嚴(yán)重的沿晶裂紋,，并且有過(guò)熱的特征，摩擦片早期斷裂是脆性過(guò)大引起的芯板脆性斷裂,。

通過(guò)故障件的生產(chǎn)批次號(hào),，對(duì)摩擦片的淬火工序進(jìn)行追溯。作業(yè)基準(zhǔn)書(shū)中,，淬火溫度要求845℃,。根據(jù)操作者記錄，在對(duì)加熱爐進(jìn)行設(shè)備檢點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn),，溫度顯示儀表出現(xiàn)故障,，儀表溫度顯示為設(shè)定溫度845℃，而通過(guò)校核實(shí)際溫度已達(dá)到950℃,，遠(yuǎn)高于Ac3溫度,，造成芯板過(guò)熱，從而引起奧氏體晶粒粗化,。粗大的奧氏體晶粒存在,，導(dǎo)致芯板的強(qiáng)度和韌性降低，力學(xué)性能下降,，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高,，在淬火時(shí)，由于芯板為薄片形狀,，花鍵根部應(yīng)力集中,，增加了淬火時(shí)裂紋的傾向，導(dǎo)致在花鍵根部出現(xiàn)微觀裂紋,。工作過(guò)程中承受交變應(yīng)力和沖擊力,，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，造成摩擦片芯板的早期斷裂,。

深圳市泰立儀器儀表有限公司成立于2005年,，致力于引進(jìn)先進(jìn)的工業(yè)無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，為中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域提供高品質(zhì)的檢測(cè)設(shè)備及測(cè)試儀器,。主要針對(duì)自動(dòng)化超聲檢測(cè)技術(shù),、超聲成像檢測(cè)技術(shù)、人工智能與機(jī)器人檢測(cè)技術(shù),、TOFD超聲檢測(cè)技術(shù),、超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)、非接觸超聲技術(shù),、相控陣超聲檢測(cè)技術(shù),、激光超聲檢測(cè)技術(shù)、管棒材和焊管自動(dòng)化檢測(cè)線使用的多通道超聲波探傷儀,。

3.工藝改善及預(yù)防措施

（1）工藝改善

對(duì)庫(kù)存的同批次淬火的芯板取樣抽檢,，金相組織存在相同特征,，為了避免裝機(jī)后出現(xiàn)早期斷裂的隱患，對(duì)同批次淬火處理的件進(jìn)行標(biāo)識(shí),、隔離,。為了大限度地降低生產(chǎn)成本，我們進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn),，在不同的溫度下,，將摩擦片芯板進(jìn)行退火、正火或高溫回火,，使粗大晶粒重新奧氏化,，晶粒得到細(xì)化。隨后,，再對(duì)芯板加熱至Ac3以上30～50℃進(jìn)行淬火,，經(jīng)檢驗(yàn)，淬火后金相組織馬氏體細(xì)小均勻,，晶粒度為馬氏體4級(jí),，表面硬度56HRC，心部硬度37HRC,，達(dá)到圖樣技術(shù)要求,。通過(guò)樣件試裝及市場(chǎng)驗(yàn)證，工藝改善后,，摩擦片的強(qiáng)度,、韌性等力學(xué)綜合性能提升，外部市場(chǎng)上再未出現(xiàn)芯板斷裂故障,。

（2）預(yù)防措施

熱處理工序是摩擦片生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵和重要工序,，同時(shí)它具有批量大的特點(diǎn),。為了大限度地減少不合格品的出現(xiàn),，需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，特別是溫度顯示儀,、濕度儀表等儀表類部件,。同時(shí)，對(duì)操縱人員的專業(yè)技能,、人員變更,、崗前培訓(xùn)等方面加強(qiáng)管理。另外,，在熱處理工序的工藝文件中將加熱溫度,、保溫時(shí)間、冷卻方式等工藝參數(shù)進(jìn)行完善和固化,。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)摩擦片早期斷裂故障的失效特征分析,，并借助光譜元素測(cè)量?jī)x,、蔡司顯微鏡、顯微硬度計(jì)等儀器,，對(duì)化學(xué)成分,、斷口的微觀特征、金相組織,、硬度及硬化層等方面進(jìn)行檢測(cè)（超聲波硬度計(jì),，超聲波探傷儀等等），確定花鍵的齒面金相組織晶粒粗大,，存在過(guò)熱特征,，淬火時(shí)溫度過(guò)高是造成故障的主要原因。

（1）在淬火工序中,，因加熱爐設(shè)備溫度儀表失靈,、傳感器損壞等造成顯示的參數(shù)與實(shí)際不符時(shí)，需要對(duì)該批工件進(jìn)行金相組織,、硬度等分析,，對(duì)有異常特征如過(guò)燒特征、過(guò)熱特征,、欠熱特征等應(yīng)及時(shí)進(jìn)行隔離,，不能心存僥幸、盲目裝機(jī),。針對(duì)不同的狀況,，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)如中間增加退火、正火或高溫回火等進(jìn)行改善和驗(yàn)證,，達(dá)到技術(shù)要求后方能裝機(jī),。

（2）熱處理工序是機(jī)械零件的關(guān)鍵工序，具有批量化的特點(diǎn),。因此,，提前預(yù)防熱處理缺陷對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低不合格率和降低生產(chǎn)成本尤為重要,。從人,、機(jī)、料,、法,、環(huán)等方面要定期檢驗(yàn)，對(duì)加熱爐的溫度儀表,、操縱者專業(yè)技能,、人員變動(dòng)、崗前培訓(xùn)等方面的管理和監(jiān)控尤其重要,。