Page 83 - 理化检验-物理分册2024年第七期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl230238

渗氮过程中轴套开裂原因

1,2
冯佰刚 ，裴玉冰 ，王芬玲 ，巩秀芳 ，范 华 ，李清松 1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
（1.东方电气集团东方汽轮机有限公司 清洁高效透平动力装备全国重点实验室，德阳 618000；

2.东方电气集团东方汽轮机有限公司， 德阳 618000）
摘 要：SKH51高速钢轴套在渗氮过程中发生开裂现象。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分析了轴套开裂的原因。结果表明：轴套基体中的共晶碳化物
分布不均匀，在沿轴向方向上存在较为严重的条带状共晶碳化物；材料回火不充分使组织中存在残
余奥氏体，在渗氮过程中残余奥氏体转变为马氏体，产生了组织应力；轴套开裂位置处倒角半径过
小，产生了应力集中，最终导致轴套发生开裂。
关键词： 渗氮过程；SKH51高速钢；开裂；共晶碳化物；组织转变；应力集中
中图分类号：TG142.45；TB31 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2024)07-0071-04

Reasons for cracking of shaft sleeve during nitriding process

FENG Baigang , PEI Yubing , WANG Fenling , GONG Xiufang , FAN Hua , LI Qingsong 1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
(1. State Key Laboratory of Long Life High Temperature Materials, Dongfang Electric Corporation Dongfang Turbine Co., Ltd.,
Deyang 618000, China; 2. Dongfang Electric Corporation Dongfang Turbine Co., Ltd., Deyang 618000, China)
Abstract: The SKH51 high-speed steel shaft sleeve cracked during the nitriding process. The causes of shaft
sleeve cracking were analyzed using methods such as macroscopic observation, chemical composition analysis, hardness
testing, metallographic examination and scanning electron microscopy analysis. The results show that the distribution of
eutectic carbides in the shaft sleeve matrix was uneven, and there were severe strip-shaped eutectic carbides along the
axial direction. Insufficient tempering of the material results in the presence of residual austenite in the structure. During
the nitriding process, the residual austenite transformed into martensite, resulting in structural stress. The chamfer radius
at the crack location of the shaft sleeve was too small, resulting in stress concentration and ultimately led to the cracking
of the shaft sleeve.
Keywords: nitriding process; SKH51 high-speed steel; cracking; eutectic carbide; organizational transformation;
stress concentration

SKH51 钨钼系韧性高速钢具有优异的力学性 性 [3-4] 。在渗氮过程中，发现一部分轴套产生裂纹，
能，如碳化物颗粒细小均匀、韧性好、热塑性好、切 甚至还有轴套发生开裂现象，裂纹位置均接近轴套
削性能优良、耐磨性能优异等 。SKH51高速钢还 凸台。笔者采用一系列理化检验方法对轴套开裂原
[1]
因进行分析，以避免该类问题再次发生。
可以抵抗600 ℃下的高温软化， 淬火热处理后其硬度
可达约60 HRC，这些优异的性能使其可作为某些零 1 理化检验
[2]
部件材料应用在超超临界机组中 。 1.1 宏观观察
对轴套表面进行强化改性，即在真空淬硬后进 图1为开裂轴套的宏观形貌。由图1可知：轴套
行渗氮处理，以提高其耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳 上端为裂纹起始区域，裂纹逐渐向轴套底座扩展；轴
套上端开裂位置位于凸台附近，其中裂纹一端位于
收稿日期：2023-08-21
轴套内侧R角位置，另一端位于外侧近凸台位置。
作者简介：冯佰刚（1995-） ，男，工程师，硕士，主要从事材料失
1.2 化学成分分析
效分析工作
通信作者：裴玉冰，peiyubing@dongfang.com 利用火花发射光谱仪对开裂轴套试样进行化学
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