齿面和轮齿的主要损伤
现场对齿轮损伤的叫法很杂，同一种损伤有人叫麻点，有人叫剥落。分析时按 ISO 10825-1 和 ANSI/AGMA 1010 的术语归类，方便和供应商、设计方对齐说法。
| 损伤 | 齿面特征 | 主要原因 |
|---|---|---|
| 宏观点蚀 | 节线附近出现贝壳状小坑，逐渐扩大连片 | 接触应力过高、润滑油黏度偏低、齿面硬度不足 |
| 微点蚀（灰斑） | 齿面出现灰色无光泽区域，放大后是密集微坑 | 油膜偏薄、齿面粗糙、润滑油抗微点蚀性能不足 |
| 硬化层剥落 | 大块材料从齿面剥离，深度接近硬化层与心部的过渡区 | 硬化层深不够、心部硬度偏低、接触应力过大 |
| 胶合 | 沿滑动方向的撕裂和熔焊痕迹，多在齿顶和齿根 | 局部温度过高使油膜破裂，润滑油极压性能不足 |
| 磨损 | 齿面材料均匀减薄，齿形改变，有划痕或抛光面 | 润滑油含磨粒、低速重载、润滑不足 |
| 塑性变形 | 齿面出现飞边、波纹或压塌 | 载荷超过齿面材料屈服强度，硬度偏低 |
| 断齿 | 整个轮齿或局部断掉 | 齿根弯曲疲劳、过载冲击、偏载造成齿端断裂 |
断齿：弯曲疲劳还是过载
断齿送检量大，争议也多。弯曲疲劳说明齿根应力长期超过材料的疲劳强度，要查设计、热处理和装配。过载断裂说明某一次载荷超过了轮齿的静强度，要查冲击、卡死和操作。断口上的特征可以把两者分开。
现场常见一个齿疲劳断裂后，断齿卡入啮合，把相邻齿打坏。这时要找到首断的那个齿，按它的断口判断原始原因。
| 特征 | 齿根弯曲疲劳 | 一次过载 |
|---|---|---|
| 起源位置 | 受拉侧齿根圆角表面，或表面下的夹杂物、非马氏体层 | 起源区不明显，断面在一次加载中形成 |
| 宏观断口 | 平滑的扩展区上有疲劳弧线，最终断裂区面积小 | 断面粗糙，呈纤维状或结晶状，可见剪切唇 |
| 微观形貌 | 电镜下有疲劳辉纹 | 韧窝或解理，没有辉纹 |
| 轮齿变形 | 断前基本没有塑性变形 | 断口附近轮齿弯曲或歪斜 |
| 相邻轮齿 | 一个齿先断，其余齿完好或随后被打坏 | 多个轮齿同时断裂或同向弯曲 |
接触斑点和系统因素
齿面的接触斑点显示载荷沿齿宽和齿高的分布。斑点偏向一端，载荷就集中在齿端，点蚀和断齿往往从这一端开始。
- 接触斑点偏向齿宽一端：轴系不对中、轴承游隙过大、箱体或轴挠曲
- 接触集中在齿顶或齿根：齿形误差或中心距偏差
- 点蚀沿齿宽分布不均：载荷分布不均，或局部硬度偏低
- 多个齿轮同时异常：润滑油选型、油位、油温或污染问题
材料和热处理核查
渗碳淬火齿轮的承载能力取决于硬化层和心部组织。下表各项按图纸要求逐项对照。
| 项目 | 方法 | 异常时的影响 |
|---|---|---|
| 有效硬化层深 | 截面硬度梯度测定，按 GB/T 9450 确定层深 | 层深不足，容易发生硬化层剥落和点蚀 |
| 表面硬度和心部硬度 | 维氏或洛氏硬度 | 表面硬度低降低接触疲劳强度，心部硬度低削弱齿根支撑 |
| 表层组织 | 金相观察马氏体级别、残余奥氏体和碳化物 | 粗大马氏体、过量残余奥氏体或网状碳化物降低疲劳强度 |
| 非马氏体层和晶界氧化 | 齿根截面浸蚀前后观察 | 齿根表层强度下降，弯曲疲劳从这里起裂 |
| 磨削烧伤 | 按 ISO 14104 做表面回火浸蚀检查 | 回火软化层或二次淬火层成为点蚀和裂纹起源 |
| 成分和夹杂物 | 光谱成分分析和夹杂物评级 | 牌号不符或夹杂物超标 |
送样和资料
断口不要擦拭或拼合。大型齿轮整体运输困难时，把断口照片发给我们，商定切取范围；切割避开气割，防止热量改变断口附近的组织。
- 失效齿轮和配对齿轮，断下的齿块和碎片全部保留
- 同一箱体的轴承，以及一份在用润滑油样
- 齿轮参数：模数、齿数、螺旋角、变位系数和精度等级
- 材料牌号和热处理要求：硬化层深、表面硬度、心部硬度
- 工况：输入功率、转速、载荷谱、启停和冲击情况
- 运行时长、失效时间，以及失效前的振动、温度或油液监测记录
分析流程
| 步骤 | 内容 |
|---|---|
| 1. 资料与工况 | 齿轮参数、材料要求、载荷和运行记录 |
| 2. 宏观检查 | 齿面损伤分布、接触斑点、断齿位置和断裂顺序 |
| 3. 断口分析 | 体视显微镜和电镜判断起源与扩展方式 |
| 4. 材料核查 | 硬化层深、硬度、金相、成分和磨削烧伤 |
| 5. 系统因素 | 结合轴承、油样和箱体情况判断载荷分布和润滑状态 |
| 6. 出具报告 | 常规组合 5–7 个工作日；加做对照试验时另列天数 |
报告内容
- 齿面损伤分布图和断齿顺序判断
- 断口宏观、微观照片和起源位置
- 硬化层深、硬度、金相和成分数据，与图纸要求对照
- 失效机理和根源：设计、材料热处理、加工、装配、润滑或工况
- 改进建议，例如调整齿向修形、硬化层深、润滑油黏度或启停控制
用到的设备
金相显微镜及体视显微镜
金相制样系统
场发射扫描电镜及能谱
宏观硬度试验机
自动显微硬度试验机
火花直读光谱仪常用标准
- ISO 10825-1:2022Gears — Wear and damage to gear teeth — Part 1: Nomenclature and characteristics
- ANSI/AGMA 1010-F14Appearance of Gear Teeth — Terminology of Wear and Failure
- ISO 6336-3:2019Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 3: Calculation of tooth bending strength
- GB/T 9450-2025钢件渗碳淬火硬化层深度的测定
- ISO 14104:2017Gears — Surface temper etch inspection after grinding, chemical method
常见问题
齿面出现点蚀，齿轮还能继续用吗？
跑合阶段出现、之后不再扩大的点蚀属于收敛性点蚀。点蚀坑持续扩大、连成片的是扩展性点蚀，要尽快查原因。分析能判断点蚀属于哪一种，以及接触应力和润滑哪一项是主因。
断齿了，是齿轮材料不行吗？
材料只是原因之一。偏载、齿根圆角过小、磨削烧伤或载荷超出设计，同样会引起齿根弯曲疲劳。我们按断口起源和材料数据逐项排除，给出主要原因。
好几个齿都断了，怎么判断哪个齿首断？
首断齿的断口上有完整的疲劳扩展区，后断的齿多为过载断口，断面粗糙并带撞击痕迹。按断口特征和损伤顺序可以找到首断齿。
胶合和磨损怎么区分？
胶合是油膜破裂后齿面金属局部焊合又被撕开，痕迹沿滑动方向，有熔焊和材料转移，发展很快。磨损是材料逐步减薄，表面相对平整。胶合的分析重点是润滑油极压性能、油温和载荷。
齿轮承载能力复核依据什么？
齿面接触和齿根弯曲的安全系数按 ISO 6336 计算，输入是齿轮参数、材料等级和载荷数据。计算结果和失效件实测的硬化层深、硬度数据对照，能说明设计余量是否足够。需要这项复核的，询价时说明，受理时确认方法和排期。
要不要一起送润滑油？
建议一起送。油中的磨损金属、颗粒和黏度变化能说明润滑状态，也有助于判断胶合和磨损的原因。取油样时记下取样位置和设备运行状态。
多久出报告？
受理样品后，常规项目 5–7 个工作日完成。增加对照试验时，方案里单独列出天数。