螺伞齿轮轴纵向贯穿性开裂原因分析真空容器硅灰石实验用品锻压设备银焊丝

螺伞齿轮轴纵向贯穿性开裂原因分析

摘要：通过断口的宏观及微观形态与金相组织的分析，查明由于锻件本身存在的缺陷，导致螺伞齿轮轴在淬火过程中产生裂纹，随后裂纹沿径向及轴向扩展，直至纵向贯穿性开裂。

关键词：螺伞齿轮轴；裂纹；带状组织；缺陷

0 引言

一批材料为20Cr2Ni4的螺伞齿轮轴，共计5根，在热处理工序的渗碳淬火+低温回火结束后，间隔不同时间，全部发生了纵向贯穿性开裂。当前3根螺伞齿轮轴发生开裂后，对后2根螺伞齿轮轴的热处理过程进行了跟踪，在跟踪过程中发现，螺伞齿轮轴在低温回火结束后，间隔15min，在轴身(轴身为镀铜防渗)中部首先出现轴向细小裂纹，然后裂纹微滤膜沿轴向向两端扩展，直至贯穿全身，裂纹深度为直径的23。裂纹起始出现区域及取样部位见图1。

图1开裂的螺伞齿轮轴

1 宏观断口分析

螺伞轴宏观断口形貌见图2。首先可见断口较干净，没有油污及其它污染，说明宏观开裂产生在回具有按键调速、实验力位移数字显示火后。可见断口明显分为3部分，第2部分为工件近表面部分，断口为灰色，较平坦，且有这些都会使测试结果产生误差快速大理扩展的人字纹花样，外表面处有剪唇，即为终裂区；第3部分为亮灰区，同为裂纹扩展区；第1部分断口为灰褐色，较为粗糙，有凸凹不平的小棱面，凹坑内为灰褐色，且有光泽。从宏观断口的形貌、色泽、扩展方式，初步判断第1部分为裂源区。

图2螺伞轴宏观断口形貌

2 显微分析

在断口旁磨制轴向试样，可见断口一侧2号、3号区裂纹较为平坦，而1号区裂纹为锯齿状，且裂纹旁有棱角状孔洞和支裂纹，见图3。

图31号区裂纹旁情况100×

图4为1号区轴向组织情况，可见有明显的带状组织，这是材料的成分区域偏析所致，带状组织使钢的横向塑性、韧性明显降低。

图41号区轴向带状组织400×

3 扫描电镜断口分析

对1号区断口进行扫描电镜观察，发现有较多不规则形状的区域，见图5。可见此缺陷表面光滑，很薄很脆，与基体结合不好，且其上有微裂纹、孔洞，经能谱微区分析，主要为Fe，含量为99.44%固定轮，其它元素为残量。分析认为此为锻件本身存在的缺陷，这种薄膜缺陷的存在这是1个飞机结构的主要设计标准将影响晶间结合力。同时在此区域发现有部分沿晶断特征，见图6，因此可进一步证实1号区为裂纹源区。

图51号区SEM79.4×

图61号区SEM500×

2号区断口形貌：准解理电脑桌+部分韧窝，其上有单个脆性夹杂物。

3号区断口形貌：准解理+韧窝，其上发现有疏松不致密缺陷。

4 结论

(1)通过上述一系列试验观察，可以确定裂纹首先在1号区产生，然后沿径向及轴向扩展，2号、3号区为裂纹扩展区。

(2)钢中存在角状孔洞、疏松等不致密缺陷，以及轴向不均匀性组织，都对机械性能产生不利影响。

(3)通过扫描电镜断口综合分析，断定锻件中(1号区)存在不规则形状的薄膜缺陷，其表面光滑，其上有微裂纹和孔洞。正是由于该缺陷的存在，极大地降低了此区域的晶间结合力，同时其上的微裂纹、孔洞成为危险的应力提升源。在随后的热处理过程中，尤其是在淬火过程中，工件将承受较大的热应力，必然导致工件在缺陷处首先形成微裂纹，成为裂纹源区，并且部分以沿晶的方式扩展，在应力的不断作用下，裂纹继续沿径向及轴向扩展，直至形成宏观的纵向贯穿性裂纹。(end)