Page 71 - 理化检验-物理分册2023年第七期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202307014

20Cr13 钢主动齿轮断裂原因

张 健

[ 国家再制造机械产品质量检验检测中心( 山东), 泰安 271000 ]
摘 要: 某主动齿轮根部在紧固过程中发生断裂。采用宏观观察、 化学成分分析、 硬度测试、 金
相检验、 扫描电镜分析等方法对主动齿轮断裂的原因进行了分析。结果表明: 原材料存在过烧组
织, 导致部分晶界融化重熔, 重熔区域存在 Cr元素偏聚; 晶界因过热析出大量铁素体, 组织过烧和
过热会使晶界结合力丧失, 降低其塑性, 最终导致主动齿轮发生断裂。
关键词: 主动齿轮; 断裂; 过热; 过烧; 元素偏聚; 铁素体

中图分类号: TB31 ; TG115.2 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 07-0055-03

Causesoffractureof20Cr13steeldrivin gg ear

ZHANGJian

[ NationalRemanufacturin gMachiner yProductQualit y Ins p ectionandTestin gCenter ( Shandon g ), Tai ’ an271000 , China ]

Abstract : Therootofadrivin gg earfractureddurin gti g htenin g .Thefracturereasonsofthedrivin gg ear

were anal y zed b y means of macrosco p ic observation , chemical com p osition anal y sis , hardness testin g ,

metallo g ra p hicexaminationandscannin g electronmicrosco p eanal y sis.Theresultsshowthattheraw materialhad

overburnin g structure , leadin g to p artial g rainboundar ymeltin g andremeltin g , therewasse g re g ationofCrelement

intheremeltedre g ion.Alar g eamountofferritep reci p itatedfrom theg rainboundar yduetooverheatin g .

Overburnin g andoverheatin g ofthestructurecouldcausethelossof g rainboundar y adhesion , reducedits p lasticit y ,

ultimatel y ledtothefractureofthedrivin gg ear.

Ke y words : drivin gg ear ; fracture ; overheatin g ; overburnin g ; elementse g re g ation ; ferrite
某主动齿轮的齿轮扇根部穿过一根六角型钢, 裂位置位于结构最薄弱处。图2为断口宏观形貌,
通过下方螺栓紧固的方式将两者夹紧。某公司一批 可见断口为瓷状断口, 呈灰色, 无金属光泽, 无明显
主动齿轮经硬度验收合格后入库, 在后续装配过程 裂纹源。结合螺纹孔进度方向, 判断断裂的起始位
中, 拧紧螺栓时, 齿轮扇根部发生断裂, 此时尚未使 置为图1所示的六边形外侧。
用扭力扳手, 因此其断裂强度非常低。按照图纸标
注, 该批主动齿轮的材料为20Cr13钢, 经调质处理
后, 其硬度为 20~30HRC 。笔者对该主动齿轮进

行了一系列理化检验, 分析其断裂原因, 以避免该类
问题再次发生。
1 理化检验

1.1 宏观观察
图1 断裂主动齿轮的宏观形貌
断裂主动齿轮的宏观形貌如图1所示, 可见断
1.2 化学成分分析

依据 GB / T20878 — 2007 《 不锈钢和耐热钢 牌
收稿日期: 2022-08-03 号及化学成分》, 采用真空直读光谱仪对断裂主动齿

作者简介: 张 健( 1987- ), 男, 工程师, 主要从事金属材料检测
轮进行化学成分分析, 结果如表1所示, 可见该主动
和失效分析工作, z j szhan g 2017@163.com
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