Page 88 - 理化检验-物理分册2025年第五期

金 辉，等：20CrMoA钢驱动齿轮断裂原因

用后的断裂特征。
1.3 化学成分分析
采用直读光谱仪对齿轮的化学成分进行分析，
结果如表1所示。由表1可知：齿轮材料符合GB/T
断裂源
3077—2015《合金结构钢》对20CrMoA钢的要求。
1.4 金相检验
在 1 断齿相邻未断齿的齿宽中部横向截取完
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1000 µm
整齿形，制备金相试样，用倒置式光学显微镜对非
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图 2 1 齿断口宏观形貌
金属夹杂物和显微组织进行观察，结果如图 6~8所
1.2 扫描电镜分析 示。由图6~8可知：齿轮不存在明显非金属夹杂物，
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采用扫描电子显微镜对1 断齿进行观察，断裂 只存在少量球状氧化物，且级别均在1级以下；齿轮
源区SEM形貌如图3所示，扩展区SEM形貌如图4 表面渗碳硬化层显微组织为马氏体6级+残留奥氏
所示，瞬断区SEM形貌如图 5 所示。由图 3~5 可 体3级+碳化物1级，心部组织级别为2级，渗碳层
知：断口裂纹源区位于齿轮根部，裂纹源磨损，无法 晶粒度为4.5级，且晶粒不均匀 [5-7] ；非金属夹杂物、
看清断口真实形貌；扩展区位于齿心，占整个断面的 残留奥氏体、碳化物、心部组织均满足GB/T 3077—
80%，表现出韧性断裂特征；瞬断区为渗碳层区，表 2015对20CrMoA钢的要求，马氏体和晶粒度不满足
现为沿晶断裂特征 [2-4] 。整个断口表面呈受冲击力作 GB/T 3077—2015对20CrMoA钢的要求。

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图 3 1 齿断裂源区 SEM 形貌

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图 4 1 齿扩展区 SEM 形貌 图 5 1 齿瞬断区 SEM 形貌
表1 断裂齿轮化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C Si Mn S P Cr Mo
实测值 0.216 0.225 0.635 0.0139 0.0156 1.05 0.182
标准值 0.17~0.24 0.17~0.37 0.40~0.70 ≤0.020 ≤0.020 0.80~1.10 0.15~0.25

1.5 硬度、有效硬化层深度测试 度符合技术要求，心部硬度不符合技术要求；齿轮有
用全自动维氏硬度计对齿轮表面、心部硬度进 效硬化层深度为0.81 mm，硬度界限值为550 HV1，
行测试，结果如表2所示。由表2可知：齿轮表面硬 测试结果不符合技术要求。
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