1   范圍

本標準規定了用于描述齒面可見表面的形貌和齒輪上可觀察到的損傷的術語。

對每條術語都給出其相應齒面的簡明描述，包括指明所觀察到的顯著特征，以便識別所指狀況的類型。

每種形貌的描述都確定了齒輪輪齒的一種狀況和損傷類型，并配有一幅照片，或配多幅照片以顯示在不同幾何尺寸的輪齒上的差別。每幅照片都有說明以便于識別。

本標準僅給定了術語，用來幫助辨別和記錄齒輪的形貌和經一段運轉時期后齒輪的狀況，未詳述所描述各種狀況的起因和預防措施。

2   齒面耗損的跡象   Indications of surface disturbances

2.1   滑動磨損   sliding wear

     磨損是當兩個表面作相對滑動時出現材料移失的一般性術語。

     磨損包括潤滑劑中雜質的磨粒作用所導致的材料移失。

     磨損也包括粘著磨損，即先局部焊合，隨即分離，從而導致輪齒上的材料微粒轉移。

2.1.1   正常磨損（跑合磨損）   normal wear(running-in wear)

     這種磨損發生于齒輪運轉壽命的早期階段，齒面的機加工痕跡磨失，常呈現光亮狀態。

     這種類型的磨損有：

     ——中等磨損；

     ——磨光。

     大齒輪齒面上的正常磨損。在圖中，可看到齒面上的光亮區域以及帶細微溝槽的區域。

2.1.1.1   中等磨損   moderate wear

     齒面的上齒面和下齒面都有金屬移失，而在齒面上節曲面附近表面開始呈現出一條連續的線帶。

     具有中等磨損的小齒輪齒面。齒面上工作節曲面的位置清晰可辨。

2.1.1.2   磨光   polishing

     這是一種非常緩慢的磨合過程，兩接觸齒面的凹凸不平被逐步磨去，直到產生光滑鏡面的齒面。

     汽車差速器錐齒輪副的小齒輪所有輪齒的有效齒面都磨光了。

2.1.2   磨料磨損   abrasive wear

     這種磨損指由于懸浮在潤滑劑中或嵌入嚙合齒面上的堅硬微粒，如金屬碎屑、氧化皮、銹蝕物、砂粒、研磨粉或類似物使齒面材料移失或錯位。

     小齒輪正反齒面由于磨料磨損齒頂被磨尖。輪齒的有效齒面是光滑的，但由于相嚙齒輪的齒面上嵌入堅硬微粒使齒面也出現徑向劃痕。

     在各輪齒端部可見塑性變形。

     磨料磨損使齒輪輪齒正反齒面上有明顯的材料移失。

     在齒面的齒根高部分可見深的徑向溝槽。

2.1.3   過度磨損   excessive wear

     過度磨損的形貌類似于中等磨損或磨料磨損，但其發展較快，會使齒輪副達不到設計壽命，齒面有大量的材料移失。

     小齒輪正反齒面由于磨料磨損而出現的過度磨損。

    注：當輪齒幾何形狀改變過大時，磨光也可引起過度磨損。

2.1.4   中等擦傷   moderate scratching(scoring)

     在齒面滑動方向上形成間隔不均勻、長短不一、且常常是散步在齒面上的細微溝槽。

     可看到的細微溝槽分布在磨齒小齒輪的齒面頂部附近。在此例中擦痕在各輪上呈規律分布，也見2.1.1中圖

     注意下齒面上的磨齒痕跡。

2.1.5   嚴重擦傷   severe scratching

     磨料磨損的一種形式。其特點為在輪齒滑動方向有直線型溝槽，這些溝槽光滑，類似于“起脊”（見4.4）產生的溝槽，但它是由嚙合齒面本身的凹凸不平或其間嵌入的堅硬微粒劃傷所致。

     輪齒整個接觸面的嚴懲擦傷。在工作節曲面附近表面磨損不太嚴重。嚴重擦傷的另一類型見2.1.2中圖。

2.1.6   干涉磨損   interference wear

     輪齒齒頂或與其嚙合輪齒齒根的磨損。它是由齒頂或另一齒輪齒根的過多材料引起，其結果是刮去和磨去兩齒輪輪齒的齒根和齒頂的材料，導致在齒根部挖出溝槽，齒頂部滾圓。

     大齒輪齒面的干涉磨損。

2.2   腐蝕   corrosion

2.2.1   化學腐蝕   chemical corrosion

     由化學浸蝕引起的齒面剝蝕，一般跡象是在整 個齒面布滿微小凹痕和晶界被氧化。在齒面有效部分有時可看到紅棕色銹跡。

     由于化學浸蝕而導致齒輪齒面的大面積腐蝕。

     這種性質的損傷可以一直延續下去，直到齒輪不能再使用。

2.2.2   微動腐蝕   fretting corrosion

     由一個接觸面相對于另一個接觸面的反復微小運動而引起的齒面損傷。這種微小運動的結果導致產生細微的紅棕色氧化微粒。

     這些微粒滯留在接觸區域內，它們的磨損作用加速了齒面的損壞進程。

     非運轉狀態的齒輪裝置如果受到結構振動的影響，如齒輪裝置在運輸過程中受到振動，齒輪可能出現微動腐蝕。

     齒輪聯軸器的內齒輪齒面上的微動腐蝕。

2.2.3   鱗蝕   schling

     由于熱處理過程中的氧化作用，在齒面上產生一些不規則凸起面。齒輪在載荷下運轉，最初是由齒面上這些凸起部分傳遞動力，很快凸起面就呈現出金屬光澤。

     斜齒小齒輪輪齒上的鱗蝕。

2.3   過熱   overheating

     通常，由于不適當的潤滑或過小的齒輪副側隙會使齒輪溫度過高。在后一種情況下輪齒工作面和非工作都有承受過重載的痕跡，齒面出現回火色，也可常看到膠合區和塑性變形。

 在齒輪輪齒有效齒面上由于運轉中突然嚴重過載而產生的過熱。

 

 

2.4   侵蝕   erosion

2.4.1   氣蝕   cavitation erosion

     齒輪所有齒面呈現出均勻分布的局部凹痕，即輪齒的整個齒面好象噴砂處理過一樣。

     當有高頻振動，或潤滑劑混有水，空氣或其他氣體時，會出現這種損傷過程。

     齒輪齒面上的氣蝕。

2.4.2   沖蝕   hydraulie crosion

     由于噴射液體，或含空氣或細小微粒的液體的作用而在齒面出現的一種侵蝕。

     高速運轉齒輪齒面頂部的沖蝕，其部位與潤滑劑噴嘴的方向一致。

2.5   電蝕   electric erosion

     由于齒輪嚙合齒面間放射出的電弧或電火花的作用在齒輪齒面上形成的許多邊緣光滑的小弧坑。齒面有時出現較大面積灼傷，其邊緣呈現出回火色。

     由于小電流引起的電池。

     由于大電流引起的嚴重電蝕。

3   膠合   Scuffing

     輪齒齒面在滑動方向上形成的帶狀粗糙部分。它的粗糙度隨輕度膠合而變化。齒面間潤滑油膜的破裂能導致齒面間局部焊合，并伴有齒面材料遷移。

     通常在齒頂或齒根部位的小面積膠合可自行恢復正常[見圖a)和圖b)]。齒面大面積的嚴重膠合則會引起噪聲和振動增大，若不采取補救措施最終將導致齒輪失效[見圖c）和圖d）]

     磨齒小齒輪齒面頂部的輕微膠合。通常在良好工況下這類膠合在運轉期間會自行恢復正常。

     弧齒錐齒輪齒面頂部的局部膠合。若引發膠合的機制不再發生，這類損傷往往可自行恢復正常。

 

     弧齒錐齒輪輪齒上的嚴重膠合。有時這種損傷引起工作溫度升高。

     在低速、脂潤滑條件下運轉的小齒輪輪齒上的嚴重膠合。

      這類損傷通常稱為“冷膠合”。

4   永久變形   Permanent defofmations

4.1   壓痕   indentation

     由于外來物通過嚙合過程而引起的齒面凹陷。

     由于金屬微粒通過嚙合過程而引起的小齒輪幾個輪齒上的壓痕。

4.2   塑性變形   plastic deformation

     卸去施加的載荷后不能恢復的變形。輪齒撞擊可使齒輪輪齒彎曲、壓陷。或在超高載荷和摩擦條件下運轉的齒輪副由于輪齒的滾動和滑動作用可使齒面材料流動。

4.2.1   滾壓塑變   plastic deformation by rolling

     主動齒輪齒面上節圓柱面附近的材料向齒根和齒頂流動，并在齒根和齒頂常看到飛邊，而從動齒輪齒面上相應材料向節圓柱面附近流動，因此，在主動齒輪齒面上產生溝槽，相應在從動齒輪齒面上出現起脊。

     輪齒的滾壓塑變。圖為一從動齒輪，其齒面上工作節曲面附近明顯的隆起清晰可見。

4.2.2   輪齒錘擊塑變   plastic deformation by tooth hammer

     這種變形的特征是在齒面上易看到淺溝槽，溝槽與嚙合輪齒間的接觸線一致。

     內齒輪工作齒面上由于輪齒錘擊產生的塑性變形，在齒頂形成了明顯的飛邊。

4.3   起皺   rippling

     齒面上垂直于滑動方向的微小皺紋。這些小皺紋本身也是波狀的，而不是直的，看上去其形狀如同風吹沙土，水沖泥漿一樣，只是規模小得多而已。

     小齒輪輪齒右端載荷最大處的起皺。這種類型的起皺多發生于高度拋光的齒面。

4.4   起脊   ridging

     在齒輪齒面上由于塑性變形，有時是由于磨損，而形成的明顯的隆起和溝槽。這種損傷形式最常見于在輪齒接觸方向上有一顯著的滑動分量的低速齒輪齒面上（如蝸桿傳動和準雙曲面齒輪傳動），起脊產生于低硬度齒面上，若接觸應力較高，也會產生于高硬度齒面，如車輛驅動橋上用的表面硬化準雙曲面齒輪。

     弧齒錐齒輪有效齒面上較明顯的起脊。

4.5   飛邊   burrs

     由于伴有高磨擦的重載荷或由于膠合的作用，在輪齒邊緣形成粗糙且常為尖銳的凸出外延部分，有時也會在制造過程中產生。

     蝸桿螺旋工作面頂部的明顯飛邊。這種飛邊是由于壓力和沿有效齒面滑動的作用產生塑性變形所致。

5   齒面疲勞現象   Surface fatigue phenomena

     由于力的反復作用在表面和次表面產生應力而導致的材料損傷，其特征為齒面金屬材料的移失在齒面上形成一些凹坑。

     這類損傷屬疲勞損傷，不是磨損。

5.1   點蝕   pitting

     滾動接觸或滾動與滑動混合接觸的齒面疲勞現象。損傷面的顆粒脫落使齒面呈散布麻點狀。

     表示齒面一個蝕坑如何在齒面里層發展的一輪齒橫截面。

     放大倍數：1000

5.1.1   初期點蝕   initial pitting

     齒面上的小蝕坑很淺，一般起因于凹凸不平接觸。通常隨著點蝕的作用，凸出部分被消除后，齒面載荷便重新分布，點蝕不再進一步發生（即點蝕受到抑制）。輪齒初期點蝕見于齒輪運轉的初期階段，甚至在低于額定載荷下跑合后，早期也會出現。

     大齒輪齒面的初期點蝕。點蝕密度最大區與表面載荷最高區相一致。

5.1.2   擴展性點蝕   progressive pitting

     在齒輪的整個壽命期間，這種點蝕以一種有加快趨勢的速度連續擴展，有時會有一些間斷的抑制，但隨后點蝕又進一步發展。

     調質齒輪有效齒面上的擴展性點蝕。

     最大蝕坑在齒面上節曲面附近，較小的蝕坑在下齒面。

     在下齒面，滑動運動的分量和滾動運動的分量方向相反，所以它們的速度相對增大。

5.1.3   微點蝕   micropitting

     油膜相對于重載很薄的潤滑條件下運轉的齒輪副工作齒面的損傷。損傷面放大后可見密密麻麻成片的微小蝕微小裂紋。

     表面硬化小齒輪有效齒面上的微點蝕。

     在此例中，由于齒形偏差和螺旋線偏差的影響，微點蝕在整個齒面上呈不規則分布。

     在低放大倍數顯微鏡下齒面的微點蝕。

     放大倍數：15

     在高放大倍數顯微鏡下齒面的微點蝕。

     放大倍數：1000

     均勻分布于表面滲碳小齒輪輪齒下齒面的高密度微小蝕坑。

5.2   片蝕   flake pitting

     齒面損傷的一種形式。其特征是齒面材料有較大面積的碎片脫落，使齒面出現形似倒三角的深度大致相同的淺坑。

     輪齒有較大鼓形量的直齒大齒輪有效齒面上的片蝕。

     這種調質齒輪因嚴重過載而出現損傷。

5.3   剝落   spalling

     術語剝落有時也可用來代替術語片蝕（6.2），但剝落特別用來表示脫落的碎片厚于齒面硬化層且形狀不規則的類似于片蝕的損傷。

     剝落是一種擴展性微點蝕，當蝕坑聚結并形成覆蓋齒面一較大面積的不規則凹坑時，就發生剝落。

     氮化小齒輪幾個輪齒上最大負載區域的剝落。

5.4   表層壓碎   case crushing

     由于裂紋通常在表層與心部的過渡區延伸，致使大塊表層材料碎片逐漸脫落。

     這是一種嚴重的剝落形式。

     表面硬化弧齒錐齒輪大輪工作齒面的表層壓碎。在輪齒上可看到大量的與小齒輪齒面接觸線方向一致的裂紋。一齒面上有大量材料脫落，形成一大的凹坑。

6   裂縫和裂紋   Fissures and cracks

     由于一個或多個原因，諸如磨削不當、熱處理不當、應力過大或材料缺陷等，齒輪上可出現裂縫和裂紋。這些情況下面術語中分別說明。

     在齒輪切削過程中顯露出的由于鍛造缺陷引起的裂紋。

     由于輪緣厚度不夠在大齒輪輪緣上產生的裂紋。

6.1   淬火裂紋   hardening cracks (quench cracks)

     齒輪在熱處理過程中由于過大內應烽引起的裂紋。這種裂紋常在淬火過程中出現，但也可由其他原因引起。由火焰或感應淬火的局部硬化輪齒表面比全齒廓硬化的輪齒表面或調質齒輪的輪齒表面容易出現這種形式的損傷。

     有時淬火過程中產生的裂紋只有經過一段時間后或在磨齒加工時才逐漸顯出。

     在大齒輪齒頂形成的淬火裂紋（這種裂紋通常都在這個區域出現）。

6.2   磨削裂紋   grinding cracks

     在磨齒過程中或磨齒之后，通常以一種多少有些規則的圖形顯露出的輪齒表面裂紋。這種裂紋短，不很深，大致相互平行，通常垂直于磨輪軌跡，或呈龜裂圖形。磨削裂紋也會伴有磨削燒傷，用硝酸乙醇液浸蝕后易發現。

     齒面硬化和磨齒后的小齒輪齒面上呈龜裂圖形的磨削裂紋。

6.3   疲勞裂紋   fatigue eracks

     在明顯低于材料抗拉強度的重復產交變應力或循環應力作用下擴展的裂紋。有時由于過載而最初產生的裂紋將會像疲勞裂紋一樣緩慢擴展。

輪齒承載面下邊的齒根過渡曲面處出現的疲勞裂紋。

氮化小齒輪齒面上沿接觸線方向形成的齒面裂紋。

7   輪齒折斷   Tooth breakage

7.1   過載折斷   overload breakage

     這類折斷通常只在一次或很少幾次嚴重過載時發生。有時，由于過載產生的初始裂紋會像疲勞裂紋一樣緩慢發展后而折斷，這種初始裂紋區域在裂紋發展中通常還存在有微動腐蝕的跡象。過載斷口面有三種類型：

     —— 脆性斷裂；

     —— 韌性斷裂；

     —— 半脆性斷裂。

7.1.1   脆性斷裂   brittle fracture

     沿解理面的穿晶斷裂或沿晶界的晶間開裂，其特征是沒有可見的塑性變形。當發生沿解理面斷裂時，斷口上常可見光澤的小面。

7.1.2   韌性斷裂   ductile fracture

     斷口面無光澤，呈纖維狀，用肉眼可看到塑性變形。

     有時，由于過載或過載和疲勞綜合作用引起的裂紋，其剩余的未開裂的材料在裂紋方向可能因剪切作用而最終折斷。這種斷齒的剪切區通常呈球狀或圓形隆起狀（隆起剪切區），該剪切區沿斷面最接近于非工作齒面的那一邊延伸。

     過載折斷通常使齒輪的幾個齒損傷，而由疲勞裂紋引起輪齒折斷一般是折斷一個輪齒。

     小齒輪輪齒的過載折斷。折斷面呈現出：

     —— 由于材料拉應力過大引起輪齒折斷后的晶粒狀斷口面（脆性斷裂）；

     —— 金屬材料被剪切后的光滑隆起（韌性剪切）。

7.1.3   半脆性斷裂   semi-brittle fracture

     這種斷口上幾乎沒有塑性變形或沒有塑性變形，可見人字形圖案，這種圖案表明存在一系列交變的脆性和或多或少的韌性斷裂。

     通常，當齒輪齒根厚度與齒寬相比顯得小時，斷口面上就會出現人字形。

     人字形的頂尖總是指向斷裂源。

     承受很高的交變載荷、低循環次數后出現的輪齒斷口面。

7.2   輪齒剪斷   tooth shear

     輪齒被剪斷的斷口面類似于機加工過的表面。這種形式的損傷絕大多數限于嚙合齒輪副中材料強度相對較低的齒輪輪齒上，且輪齒剪斷幾乎都是由于一次嚴重過載所致。

     右齒面因一次嚴重過載的輪齒剪斷（彎曲過載）。

 

     這兩幅圖表明齒輪所有輪文化部端部或接近齒端的部分被剪掉。

     這兩個齒輪的損壞是由于一個軸承失效導致嚙合輪齒間載荷分配發生劇烈改變而引起的。

7.3   塑性變形后折斷（抹斷） breakage after plastic deformation(smeared fracture)

     所有這類斷裂都先從輪齒整體塑性變形開始，最后折斷。通常，所有輪齒都受到損傷，原因是由于材料不能承受所施加的載荷所致，包括：

     —— 載荷產生的應力超過材料強度（冷塑變后斷裂）；

     —— 運轉時的過熱引起齒輪材料強度的降低（熱塑變后斷裂）。

     軟鋼小齒輪輪齒冷塑變后斷裂。

     大齒輪嚴重膠合后熱變斷裂。

7.4   疲勞折斷   fatigue breakage

7.4.1   彎曲疲勞   benking fatigue

     經高循環次數載荷的作用，裂紋擴展導致的輪齒折斷。

     斷口面分為兩個不同的區域，疲勞斷口面和最終斷口面。在疲勞區內看不到塑性變形痕跡，斷口面平滑、無光澤，有時由于被抑制線分割，可顯現出裂紋擴展各連續階段的間隔區。

     最終斷口面形貌可與過載折斷引起的一種或其他斷口面相對應。

兩個輪齒的疲勞折斷。

 

斜齒小齒輪兩個輪齒的疲勞折斷。

弧齒錐齒輪小齒輪兩個輪齒的疲勞折斷。

幾個輪齒的疲勞折斷。輪齒系雙側齒面承載，最終折斷始于齒寬中部。

7.4.2   齒端折斷   tooth end breakage

     通常由于載荷集中在輪齒端部導致的圓柱齒輪或圓錐齒輪輪齒端部的折斷。

     在這幾個輪齒上由于齒輪傳遞的載荷集中于靠近一端的一小部分齒面上，因而造成齒面嚴重點蝕，從而導致其下一輪齒疲勞折斷。