变速箱齿轮幅部开裂分析
港机变速箱中的一斜齿轮,外径φ410mm,内孔为φ150mm,厚约100mm,材质为20CrMnMo。主要工艺过程为:锻造一正火一机加工一渗碳一非齿区剥碳层一淬火、回火。在最终热处理后的着色探伤时发现轮幅区有开裂现象:有沿圆周分布的长裂纹,也有沿幅板圆孔分布的环形裂纹,如图1所示。
在轮幅板部轴向取样,可见外表有一均匀分布的渗碳层,最外表为断续分布的氧化脱碳层,次表层为马氏体、残余奥氏体和颗粒及条状碳化物,组织明显偏析,见图2。沿偏析方向,白色条状碳化物参差向内延伸,局部很深,见图3。心部组织为低碳马氏体和小块状铁素体,铁素体呈带状分布,见图4。
在裂纹处法向取样,可看到裂纹较宽,呈曲折不连续发展,并有二次裂纹,见图14—196。裂纹两侧明显贫、脱碳,并可看到铁素体。几条次裂纹深度在1.95~2.30mm之间。
在本体上取样进行化学分析结果表明,材质系符合20CrMnMo技术要求。
由裂缝两侧未见有与外表层相同的渗碳组织,表明开裂发生在渗碳工艺以后。而裂缝两侧的脱碳又说明开裂已在最终热处理前发生。裂纹的宏观形貌呈现出较典型的淬火裂纹形态。
综合推断,开裂发生在渗碳后不正常冷却过程,而在最终热处理过程有所扩展。
材料的严重带状偏析是开裂的内因。基体偏析使渗层组织带状偏析发展。在组织转变过程中,在带状交界处会产生极大组织应力,往往形成裂源。
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图号:图1
说明:开裂齿轮实物形貌。箭头所示为裂纹。
图2 0MI 100×
图3 0MI 200×
图5 0MI 200×
图5 0MI 200×
图号:图2~图5
说明:经4%硝酸酒精溶液浸蚀后的齿轮轮幅部显微组织形貌。有表面脱碳、条状偏析等缺陷。裂纹两侧有脱碳现象。
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