La frattura per fatica della cremagliera del riduttore si è verificata nella coppia di ingranaggi a bassa velocità. L'osservazione dell'intera situazione di ingranamento degli ingranaggi (prendendo come esempio un caso del gennaio 1997) ha rivelato che gli ingranaggi ingrananti presentavano una corrosione puntiforme su vasta area sulle cremagliere dovuta a rottura per fatica da contatto, con punti densi e singole cavità larghe 10-15 mm. Anche due alberi di ingranaggi di transizione intermedi (numerati 1 e 2) e due ingranaggi grandi dell'albero a bassa velocità (numerati 3 e 4) si sono staccati. Osservazione della frattura delle quattro cremagliere staccate: le cremagliere 2, 3 e 4 mostravano superfici di frattura fibrose duttili di colore grigio scuro con evidenti intaccature sul cerchio primitivo. L'analisi suggerisce che la cremagliera 1 si sia staccata per prima, causando una compressione che ha portato alla frattura passiva delle cremagliere 2, 3 e 4. La superficie di frattura è una normale struttura di frattura da rottura per fatica causata da sovraccarico. Tuttavia, il rack 1 aveva una superficie grigio chiaro, liscia e lucida, e la superficie di frattura mostrava una frattura di clivaggio transgranulare, che è una frattura fragile anomala.
212. L'analisi fisico-chimica è stata eseguita sul rack staccato.
21211 Prova di durezza: in base alle condizioni della cremagliera, la durezza Rockwell (HRC) viene misurata sulla superficie della punta del dente e sul nucleo della cremagliera.
L'ingranaggio dell'albero è di dimensioni moderate (le specifiche del processo sono HRC56～62) e la differenza tra l'interno e l'esterno è una condizione normale dopo che la superficie del dente è stata cementata e temprata.
21212 Analisi della composizione chimica: l'analisi della composizione chimica è stata eseguita su campioni prelevati da diverse posizioni sulla superficie del dente e sul nucleo dei quattro rack.
I risultati dei test mostrano che la composizione del materiale del nucleo è relativamente uniforme. L'elevato contenuto di carbonio nella parte superiore dei denti è dovuto al trattamento di cementazione sulla superficie del dente. La differenza è che il contenuto di cementazione dell'albero intermedio è più elevato.
21213 Ispezione microstrutturale a basso ingrandimento: poiché il problema si è verificato sull'albero dell'ingranaggio intermedio, è stata eseguita una sezione trasversale sull'albero per un'ispezione macroscopica a basso ingrandimento mediante decapaggio acido. Come mostrato in figura, l'area centrale allentata è spostata a sinistra dell'area 23 e si nota una segregazione quadrata leggermente visibile. La segregazione a destra è più pronunciata che a sinistra, con tre cavità sul bordo, che possono essere analizzate come tracce lasciate dopo inclusioni interne e decapaggio acido. Il contatto superficiale dei cinque denti a sinistra è buono, con una leggera corrosione puntiforme. Dopo il rodaggio, l'area di contatto si espande, la sollecitazione di contatto diminuisce di conseguenza e la corrosione puntiforme cessa di svilupparsi, il che rappresenta una corrosione puntiforme persistente ammissibile. L'ottavo dente problematico (ovvero la cremagliera 1) si trova esattamente sul lato destro, il che riflette anche il fatto che il materiale utilizzato per l'albero del cambio era disallineato durante il processo di forgiatura e lavorazione a pressione, a causa della linea centrale dell'acciaio tondo o di un taglio insufficiente della materia prima in fabbrica.
21214 Ispezione della microstruttura metallografica: solo il campione n. 1 è stato utilizzato per l'analisi metallografica. È stato osservato che gli ossidi erano di grado 215, i solfuri di grado 310 e c'erano due inclusioni di silicato. Ovviamente, le inclusioni non metalliche non sono qualificate (specifica standard ≤ grado 215).
L'analisi di cui sopra mostra che l'albero intermedio (20CrMnTi) del riduttore presenta problemi di qualità del materiale, tra cui una composizione interna non uniforme, una lavorazione e un trattamento termico inadeguati e altri fattori che hanno causato cricche microcristalline. In caso di sovraccarico, queste microcricche si propagano attraverso i grani, causando una fissione macroscopica e, infine, la frattura della cremagliera. La superficie di frattura lucida lo conferma ulteriormente.