Abstract
Case carburised and shot-peened high-strength gears can fail by tooth root bending failures in the very high cycle fatigue range of the S‑N-curve due to crack initiation at a non-metallic inclusion. It is essential to understand crack characteristics and mechanisms of such sub-surface initiated cracks, which are different to surface initiated cracks, in order to further increase the gear performance. This paper discusses the results of detailed analyses of such fractured surfaces.
Zusammenfassung
Einsatzgehärtete und kugelgestrahlte hochtragfähige Zahnräder können im Zahnfuß im Wöhlerlinienbereich sehr hoher Lastwechsel aufgrund einer Rissinitiierung an nicht-metallischen Einschlüssen ausfallen. Es ist wichtig, die Risseigenschaften und -mechanismen solcher unter der Oberfläche initiierten Risse zu verstehen, welche sich von oberflächeninitiierten Rissen unterscheiden, um die Zahnradleistung weiter zu erhöhen. In dieser wissenschaftlichen Veröffentlichung werden die Ergebnisse detaillierter Analysen solcher gebrochenen Oberflächen behandelt.
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Abbreviations
- NMI:
-
Non-metallic inclusion
- ODA:
-
Optically dark area
- GBF:
-
Granular bright face
- FGA:
-
Fine granular area
- RSA:
-
Rough surface area
- ESR:
-
Electro-slag remelting
- SEM:
-
Scanning electron microscope
- MnCr:
-
Manganese-chromium
- CrNiMo:
-
Chromium-nickel-molybdenum
- dNMI [µm]:
-
Distance from the surface of the NMI
- AFish-Eye [µm2]:
-
Area of the fish-eye
- ANMI [µm2]:
-
Area of the NMI
- CHD550HV [Mm]:
-
Case-hardening depth
- lFish-Eye [µm]:
-
Length of the fish-eye
- lNMI [µm]:
-
Length of the NMI
- wFish-Eye [µm]:
-
Width of the fish-eye
- wNMI [µm]:
-
Width of the NMI
References
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Acknowledgements
This research work was equally funded by the “Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AiF)”, the German Federal Ministry of Economics and Technology (BMWi, IGF no. 16662N) and the “Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. (FVA)”. The results shown in this work were taken from the research project FVA 293 III “Späte Zahnfußbrüche/Reinheitsgrad” [4] and [5]. Former research work [6, 24, 25] was funded inter alia by the “Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AiF)”, “Forschungsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e. V. (AVIF)” and/or the “Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. (FVA)”. More detailed information on the influence of non-metallic inclusions is given in the final reports.
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Fuchs, D., Schurer, S., Tobie, T. et al. Investigations into non-metallic inclusion crack area characteristics relevant for tooth root fracture damages of case carburised and shot-peened high strength gears of different sizes made of high-quality steels. Forsch Ingenieurwes 83, 579–587 (2019). https://doi.org/10.1007/s10010-019-00324-x
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DOI: https://doi.org/10.1007/s10010-019-00324-x