Page 79 - 理化检验-物理分册2023年第三期

于 川, 等: 12Cr2Ni4A 钢球面垫圈开裂原因

火烧伤和二次淬火烧伤, 两种烧伤都会导致显微硬
度有明显变化, 当表面产生回火烧伤时, 其显微硬度
会降低; 当表面产生二次淬火烧伤时, 其显微硬度会
增大 [ 5-7 ] 。由硬度测试结果可知, 近表面裂纹两侧黑
色斑点区域硬度低于正常区域近表面硬度, 说明黑
色斑点区域即黑色团状区域存在磨削烧伤现象。该
区域在磨削过程中磨削温度过高以及随后进行了立
即冷却, 导致该区域存在较大的残余应力, 从而产生
图5 能谱分析位置( 谱图3~5 )
磨削裂纹并穿过烧伤区域。产生磨削裂纹的原因主
表2 断口近表面、 裂纹内部、 基体区域以及黑色斑点
要是磨削和热处理工艺控制不当 [ 8-9 ] , 其中磨削温度
区域的能谱分析结果 %
过高会导致磨削烧伤, 从而产生磨削裂纹; 热处理工
质量分数
分析位置 艺控制不当会导致渗层的粗大针状马氏体过多, 网
C O Cr Fe Ni Cu
状碳化物、 残余奥氏体过量, 进而产生磨削裂纹。该
断口近表面( 谱图1 ) 0.00 15.49 1.38 77.88 2.00 3.25
球面垫圈的显微组织、 渗层深度、 心部及表面硬度均
断口近表面( 谱图2 ) 0.00 13.91 1.68 81.27 2.89 0.25
裂纹内部( 谱图3 ) 8.56 12.31 0.76 74.00 2.67 1.70 符合设计要求, 因此可以排除热处理工艺的影响, 说
基体区域( 谱图4 ) 0.00 0.00 1.71 95.24 3.05 0.00 明裂纹的产生主要是磨削温度过高所致。
黑色斑点区域( 谱图5 ) 13.25 10.61 2.00 71.80 2.34 0.00
3 结论
见异常; 黑色斑点区域除基体元素外还含有较多的
O 元素。说明裂纹在镀铜处理前就已经存在, 并在 该球面垫圈产生裂纹的主要原因是, 球面垫圈
试车时发生氧化。 经氰化处理后, 在磨削加工过程中, 磨削温度过高导
1.5 硬度测试 致产生磨削烧伤, 形成了黑色团状区域, 该区域在快
根据设计要求, 对开裂球面垫圈的心部、 正常区 速冷却后, 存在较大的残余应力, 从而在该区域产生
域氰化表面以及黑色斑点区域进行硬度测试, 结果 磨削裂纹, 最终导致球面垫圈发生开裂。
如表3所示, 可见心部和正常区域氰化表面的硬度 参考文献:
均符合设计要求, 黑色斑点区域的硬度低于正常区
[ 1 ] 周杰.12Cr2Ni4A 钢的动态再结晶行为及数值模拟
域氰化表面的硬度。
表3 开裂球面垫圈心部、 正常区域氰化表面以及 [ D ] . 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2015.
黑色斑点区域的硬度测试结果 HRC [ 2 ] 张敏.12Cr2Ni4A 奥氏体晶粒粗大原因浅析[ J ] . 特钢
项目 心部 正常区域氰化表面 黑色斑点区域 技术, 2010 , 16 ( 2 ): 15-17.
实测值 40 61.9 56.8 [ 3 ] 中国航空材料手册编辑委员会. 中国航空材料手册 -

设计要求 32~44 ≥61 - 1- 结构钢 不锈钢[ M ] . 北京: 中国标准出版社, 1988.
[ 4 ] 吕红明, 王琪, 范能胜. 汽车渗碳淬火齿轮磨削烧伤的
2 综合分析 研究[ J ] . 机械传动, 2009 , 33 ( 3 ): 108-110.

[ 5 ] 宋亚虎, 刘铁山, 史向阳, 等. 齿轮磨削烧伤检测技术
由上述理化检验结果可知: 球面垫圈外圆的数
条裂纹基本垂直于加工方向, 且裂纹中间均存在黑 现状及发展趋势[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2014 , 50
( 10 ): 714-717.
色团状区域, 裂纹均在氰化层内, 说明裂纹在镀铜前
[ 6 ] 范敏霞. 磨削烧伤的硬度鉴别法[ J ] . 煤炭技术, 2002 ,
就已经存在, 在试车时裂纹内部发生氧化。 3 位置
#
21 ( 9 ): 5-7.
裂纹近表面两侧区域可见黑色斑点, 对黑色斑点区 [ 7 ] 田秋梅, 田殿军, 王世民. 轴承零件磨削烧伤和磨削裂
域进行能谱分析, 发现该区域含有较多的 O 元素, 纹鉴别[ J ] . 哈尔滨轴承, 2009 , 30 ( 2 ): 15-17.
说明近表面被氧化。该球面垫圈黑色斑点区域为外 [ 8 ] 张荣, 韦尧兵, 剡昌锋, 等. 螺旋锥齿轮磨削裂纹产生
圆氰化区域, 氰化处理后进行了磨削加工, 零件在磨 原因及预防措施综述[ J ] . 机床与液压, 2019 , 47 ( 5 ):
削加工过程中, 表面会因磨削烧伤而发生氧化变色, 156-162.
[ 9 ] 王丽, 汪荣生, 吕敏智. 渗碳零件磨削裂纹的解决措施
形成氧化膜, 氧化颜色越深, 氧化膜越厚 [ 4-5 ] , 因此该
[ J ] . 机车车辆工艺, 2007 ( 1 ): 13-15.
球面垫圈可能存在磨削烧伤。磨削烧伤主要分为回
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