Page 87 - 理化检验-物理分册2025年第五期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl240104

20CrMoA 钢驱动齿轮断裂原因

金 辉，杨 青，王小琴，李 政
（重庆赛力斯新能源汽车设计院有限公司，重庆 401331）

摘 要：某传动齿轮在试车时发生断裂现象，采用宏观观察、扫描电镜分析、化学成分分析、金相
检验、硬度测试等方法对20CrMoA钢齿轮的断裂原因进行分析。结果表明:齿轮呈过载断裂特征，
粗大的马氏体组织、高硬度及较深的有效硬化层降低了材料的力学性能，最终导致齿轮断裂。
关键词： 20CrMoA钢；齿轮；断裂；热处理工艺；有效硬化层；力学性能
中图分类号：TG115.2；TB31 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2025)05-0075-03
Fracture reason of 20CrMoA steel drive gear

JIN Hui, YANG Qing, WANG Xiaoqin, LI Zheng

(Chongqing Seres New Energy Car Design Institute Co., Ltd., Chongqing 401331, China)
Abstract: The fracture of a transmission gear occurred during the test run. The fracture reasons of 20CrMoA
steel gear were analyzed by means of macroscopic observation, scanning electron microscope analysis, chemical
composition analysis, metallographic examination and hardness test. The results show that the gear was characterized
by overload fracture. The coarse martensite structure, high hardness and deep effective hardening layer reduced the

mechanical properties of the material, which eventually led to the fracture of the gear.
Keywords: 20CrMoA steel; gear; fracture; heat treatment process; effective hardening layer; mechanical
property

某公司研制的驱动齿轮在装车后的第一次试车 1 理化检验
时出现异常声响，拆解后发现齿轮齿部断裂，其余
1.1 宏观观察
零件正常，无损伤、碰撞痕迹。该批次齿轮共计100
断裂齿轮宏观形貌如图1所示。由图1可知：齿
件，更换其他批次后，齿轮未出现问题。齿轮使用
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轮有1 、2 两个齿出现断裂现象，齿的断裂方向均为
的材料为 20CrMoA钢，热处理工艺为渗碳淬火+
从右向左，与齿轮的转动受力方向一致；两个齿的断
低温回火 。齿轮的主要技术要求为:表面硬度为
[1]
裂形貌基本相同，未见明显塑性变形，均呈脆性断裂
58.0~63.0 HRC，心部硬度为32.0~44.0 HRC，有效
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硬化层深度为0.40~0.70 mm，马氏体级别为1~4级， 特征；2 齿断口处腐蚀严重，1 齿断口无异常。采用
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残留奥氏体级别为 1~4级，碳化物级别为1~4级， 体视显微镜对1 齿断口进行观察，结果如图2所示，
心部组织级别为1~4级，晶粒度不小于6级。齿轮 可见断裂源位于齿根部位，且磨损严重，裂纹由断裂
主要生产工艺过程为，圆钢下料→锻造→等温正火 源向齿的心部扩展。
→粗加工→精加工→热处理（渗碳、淬火、低温回火）
→抛丸清理。笔者采用宏观观察、扫描电镜（SEM）
分析、化学成分分析、金相检验、硬度测试等方法对
20CrMoA钢齿轮的断裂原因进行分析，并提出了改 1 齿 2 齿
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进建议，以防止类似事故再次发生。

收稿日期：2024-04-09
作者简介：金 辉（1990-），男，硕士，工程师，主要从事金属材
料失效分析相关工作，278276788@qq.com 图 1 断裂齿轮宏观形貌
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