Page 86 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

杜书万，等：某高压断路器齿轮轴断齿原因

2 综合分析 3 结论及建议

由以上检验结果可知，齿轮轴表面碳元素含量 齿轮轴在生产的过程中碳势及渗碳温度偏高，
偏高，且晶粒粗大，但渗碳层深度符合设计要求，说 缩短了渗碳时间，使材料晶粒粗大，且产生了粗针状
明齿轮轴的渗碳过程提高了碳势及渗碳温度，且缩 马氏体、大块状碳化物及网状碳化物等脆性相，在应
短了渗碳时间 。 力作用下，齿根碳化物处首先产生显微裂纹，裂纹
[2]
渗碳时温度及碳势偏高使奥氏体晶粒粗大、奥 沿奥氏体晶界扩展，最终导致齿轮轴发生多源脆性
氏体中合金元素增多，合金元素使奥氏体的稳定性 断裂。
变大，经淬火回火后，渗碳层表面会出现粗针马氏体 在生产过程中，对于形状复杂的零部件，建议严
及大量残余奥氏体。同时，渗碳层表面碳元素含量 格按照热处理工艺参数进行生产作业。在检验过程

偏高，导致其临界温度升高，淬火时易使碳化物呈 中，采用常规的渗碳层深度及表面硬度测试方法不
块状及网状析出，尖角效应使该现象在齿角处更为 易发现该类零件的缺陷，建议在采用金相检验法检
[3]
明显 。 测渗碳层深度时，仔细观察渗碳层表面，特别是观察
渗碳层整体硬度偏高，但渗碳层表面的大量残 尖角部位是否存在组织缺陷。
余奥氏体使表面硬度有所降低 ，这使得渗碳层硬
[4]
参考文献：
度由表面至心部呈先升高后降低的趋势，因此出现
了渗碳层表面硬度合格而次表面硬度偏高的现象。 [1] 赵步青，朱敏，高旭华，等．气体渗碳的常见缺陷和预
齿轮轴晶粒粗大，且组织中存在粗针状马氏体、 防措施[J]．热处理，2020，35(2)：48-50．
大块状碳化物及网状碳化物等脆性相，使得材料脆 [2] 张曙灵，吴镝．浅谈渗碳工艺缺陷及预防措施[J]．焦
作大学学报，2001，15(4)：53-56．
性增大、强度降低。齿根处为应力集中部位 ，该处
[5]
[3] 李宇，徐洲，潘健生，等．渗碳件“尖角效应”的定量表征
的块状碳化物破坏了材料表面的连续性，使应力集
及其变化规律研究[J]．热加工工艺，2000，29(2)：16-18．
中的情况加剧，网状碳化物的存在使裂纹容易沿晶
[4] 张润慧，张延成，宋立波．渗碳热处理缺陷分析[J]．哈
扩展。在应力作用下，齿根碳化物处首先产生显微 尔滨轴承，2009，30(3)：31-32．
裂纹，裂纹沿奥氏体晶界扩展，最终导致齿轮轴发生 [5] 张健.20CrMnTi钢齿轮轴断齿原因[J]．理化检验(物
多源脆性断裂。 理分册),2023,59(4):12-14.

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