Page 63 - 理化检验-物理分册2022年第七期
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陈凯敏, 等: 某装载机内齿圈断裂原因
表面氮化组织、 心部组织均符合技术要求, 表明其热 流动应力和等效应变增量均与变形量和变形速率相
处理工序正常。 关, 因此温度变化为较大变形量及变形速率下能量
由断口形貌分析结果可知: 该内齿圈的径向截 转换的表现。
面中心区域存在大量的细小孔洞类缺陷, 孔洞表面 在对内齿圈原材料进行辗环工序时, 由于加热
呈类似自由结晶状形貌, 而孔洞内存在众多晶界裂 温度较高, 接近固液相转变点, 若此时的变形量和变
纹, 局部可见晶界熔融痕迹, 与过烧缺陷 [ 1-3 ] 的特征 形速率过大, 极易使材料的局部温度升高, 当局部温
相符。 度达到或超过液相点时, 就会发生“ 形变过烧”。“ 形
由低倍检验结果可知: 内齿圈不同方位的径向 变过烧” 往往出现于材料的内部, 其表现为孔洞类缺
截面中心区域均存在大量的细小孔洞类缺陷, 齿根 陷, 且局部具有疏松的特征, 此外还会出现晶界熔融
至心部存在通道, 边缘轮廓完好未见明显缺陷, 表明 的痕迹 [ 5-7 ] 。
缺陷主要集中于截面心部; 此外, 内齿圈整个环形区 内齿圈原材料产生的孔洞及疏松类缺陷在形变
域的径向截面心部均存在细小孔洞类缺陷, 边缘轮 载荷的作用下会发展成为细小裂纹, 最终在内齿圈
廓未见异常, 齿坯周围不存在缺陷, 表明该内齿圈心 周向心部形成环形的细小孔洞及裂纹, 在随后的插
部的过烧缺陷与加热工序无关。 齿过程中, 缺陷“ 露头”。当对材料进行氮化处理时,
由金相检验结果可知: 在断裂内齿圈径向截面 氮化气氛沿孔洞及裂纹进入心部, 导致心部孔洞和
心部存在大量细小孔洞类缺陷, 而孔洞边缘发现有 裂纹区域产生脉状氮化物, 极大地增加了内齿圈的
众多脉状氮化物组织, 呈现河流状, 这表明氮化处理 脆性, 最终在跌落时内齿圈因受冲击载荷作用而发
前心部孔洞已与齿轮表面相通, 并且心部的孔洞处 生脆断。
也因发生氮化而生成了氮化物。
3 结论及建议
材料过烧往往产生于加热、 锻造及辗环等工序
中。加热工序产生的过烧往往是由表及里, 且主要 不当的辗环工艺导致内齿圈产生形变过烧, 进
表现为网裂、 沿晶氧化等 [ 1-4 ] 。在低倍检验中, 边缘 而在内齿圈心部产生了大量细小的孔洞及裂纹缺
轮廓未见异常, 整个齿坯周围不存在缺陷, 表明该内 陷, 机加工使心部缺陷“ 露头”, 并在随后的氮化处理
齿圈心部的过烧缺陷与加热工序无关。锻造过程中 中生成了大量的脉状组织, 进一步增加了材料的脆
产生的过烧特征往往与加热过程中形成的 特征相 性, 降低了内齿圈的抗冲击性, 使其在跌落时稍受冲
似, 正火与调质工序的加热温度均较低, 因此锻造过 击, 载荷便会发生脆断。
程中基本不会形成心部过烧, 并且内齿圈心部的孔 建议加强对锻料加热温度的控制, 并对辗环工
洞类缺陷在氮化工序之前就已存在, 此外, 正常部位 艺进行优化。
的晶粒度和显微组织也证实了内齿圈心部过烧不是
参考文献:
在这段时间产生的。基本可以确定内齿圈径向截面
心部孔洞缺陷产生于辗环工序。 [ 1 ] 张菊水 . 钢的过热与过烧[ M ] . 上海: 上海科学技术出
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·
ρ c
η
式中: 为排热率; K 为综合影响系数; v ε 为应变速 裂分析[ J ] . 热加工工艺, 2018 , 47 ( 23 ): 257-258.
率; m 为变形速率影响指数, 与钢材种类和变形温 [ 4 ] 盛虹伟, 李德江 . 塑性变形温升对合金钢锻造的影响
为变形体的等效应 [ J ] . 石油矿场机械, 2000 , 29 ( 6 ): 46-47.
度有关; σ 0 为基准流动应力; ε p
[ 5 ] 邱冬华, 黄诚, 吴君三, 等 .42CrMoL 钢环锻件形变过
变增量; 为变形体的密度; c 为变形体的比热容。
ρ
烧的研究[ J ] . 金属加工( 热加工), 2012 ( 13 ): 62-64.
当钢材种类确定后, 变形体的密度、 变形体的比
[ 6 ] 金林奎, 赵建国, 王春亮 . 法兰套管件调质处理开裂原
热容、 排热率、 综合影响系数等参数为定值, 影响锻
因分析[ J ] . 理 化 检 验( 物 理 分 册), 2015 , 51 ( 7 ): 504-
造温度变化( ΔT ) 的因素仅为应变速率、 变形速率影
507.
响指数、 流动应力和等效应变增量, 并与之正相关。 [ 7 ] 张全新 .3Cr20Ni11Mo2PB 钢气阀断裂原因分析[ J ] .
此外, 在选定设备后应变速率、 变形速率影响指数、 理化检验( 物理分册), 2013 , 49 ( 2 ): 127-129.
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