Page 29 - 理化检验-物理分册2023年第四期

张 健: 20CrMnTi 钢齿轮轴断齿原因

于齿根部分。从断裂形貌上看, 裂纹源有向外发 痕迹, 尤其在裂纹源附近, 但从裂纹源凹陷处可以看
射性的条纹 [ 1 ] , 断口上的白亮条纹是断裂后挤压 出有明显沿晶断裂的特征, 在断口中间的扩展区为解
磨损的痕迹。 理断裂, 无疲劳辉纹等痕迹, 属于脆性断裂( 见图4 )。
1.2 断口分析
采用扫描电镜( SEM ) 对断口进行分析, 断口裂纹
源处的SEM 形貌如图3所示, 由图3可知: 裂纹源附
近 SEM形貌较平滑, 这是因为断口有大量被挤压的

图4 断口扩展区SEM 形貌
1.3 化学成分分析
依据标准 GB / T3077 — 2015 《 合金结构钢》, 采

用真空直读光谱仪对齿轮轴材料进行化学成分分
图3 断口裂纹源处的SEM 形貌 析, 结果符合标准要求( 见表1 )。
表1 断口处的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo Ti
实测值 0.18 0.23 0.94 0.018 0.003 1.11 0.01 0.02 0.02 0.05
标准值 0.17~0.23 0.17~0.37 0.80~1.10 ≤0.030 ≤0.030 1.00~1.30 ≤0.30 ≤0.30 ≤0.10 0.04~0.10

1.4 硬度测试
在断齿处截取试样, 并对其进行硬度测试。从

齿顶测得齿面硬度为52~54HRC , 从齿轮齿面中
心线 与 齿 根 圆 相 交 处 测 得 心 部 硬 度 为 27~

32HRC , 均比技术要求的硬度低。
1.5 金相检验
通过金相检验测 得 断 口 处 渗 碳 层 厚 度 约 为

1.02mm ( 见 图 5 ), 满 足 技 术 要 求。按 照 GB / T

25744 — 2010 《 钢件渗碳淬火回火金相检验》 对渗碳
层进行评级, 可得渗碳层马氏体级别为4级, 残余奥
氏体级别为 4 级, 经过腐蚀后试样碳化物级别为
3级。按照JB / T6141.3 — 1992 《 重载齿轮 渗碳金

相检验》 判断( 马氏体、 残余奥氏体、 心部组织不大于
4级, 碳化物不大于 3 级), 渗碳层组织满足要求。
心部组织评级主要依据的是低碳马氏体与块状铁素
体的形态与分布, 允许有贝氏体, 观测位置为齿宽中
心线与齿根圆相交处, 发现心部组织主要为粒状贝 图5 断口处渗碳层微观形貌
氏体+少量索氏体 + 块状铁素体( 见图 6 ), 未观测 1.6 渗碳层厚度测量( 显微硬度法)
到低碳马氏体, 无法评级。同时, 在齿根断裂处发现 采用显微硬度法对渗碳层厚度进行测量, 其心

渗碳层有脱碳痕迹, 有大量块状铁素体+珠光体( 见 部硬度为 550HV 处到表面的距离为渗碳层的厚
图7 )。由多个断齿的金相检验结果可知, 部分断齿 度。经过 测 量 非 脱 碳 区 域 发 现, 渗 碳 层 厚 度 为

同样存在脱碳现象。 0.56mm ( 见图8 ), 不满足技术要求, 比金相检验测
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