堯偉朱宇紅

(1.泰博制鋼股份有限公司,江蘇張家港 215600;2.張家港市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所,江蘇張家港 215600)

42CrMo4齒輪圈裂紋分析

堯偉1朱宇紅2

(1.泰博制鋼股份有限公司,江蘇張家港 215600;2.張家港市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所,江蘇張家港 215600)

材質(zhì)為42CrMo4的齒輪圈在熱處理之后在各個齒輪齒尖與齒輪端面倒角處,有沿齒寬方向的裂紋。為了查明是鍛造還是后期中高頻淬火以及機(jī)加工產(chǎn)生的裂紋:用光電直讀光譜儀、光學(xué)顯微鏡及顯微硬度計對裂紋出進(jìn)行了化學(xué)成分、宏觀以及微觀分析。分析結(jié)果表明:齒輪圈的化學(xué)成分符合相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)要求,齒輪圈產(chǎn)生裂紋是由于中高頻淬火工藝不當(dāng)產(chǎn)生淬硬層以及加工的表面粗糙度較粗糙是造成裂紋出現(xiàn)的主要因素。

齒輪圈 淬硬層 中高頻淬火 粗糙度

某鍛造廠生產(chǎn)的大型環(huán)鍛圈，主要用加工成石油行業(yè)的大型齒輪圈。其材質(zhì)：42CrMo4，規(guī)格：￠1890×￠1600×168；其鍛造熱處理工藝：淬火880～840℃，回火580～620℃，鍛造熱處理完畢后客戶在進(jìn)行中高頻感應(yīng)淬火及機(jī)加工后發(fā)現(xiàn)在各個齒輪齒尖與齒輪端面倒角處，有沿齒寬方向的裂紋，客戶投訴給單位帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。為了探索螺裂紋原因，用光電直讀光譜儀、光學(xué)顯微鏡及顯微硬度計對裂紋出進(jìn)行了化學(xué)成分、宏觀以及微觀等分析。

1 實驗過程與結(jié)果

1.1 齒輪化學(xué)成分分析

其材質(zhì)：42CrMo4，執(zhí)行客標(biāo)，齒輪化學(xué)成分是通過美國XXX型光電直讀光譜儀進(jìn)行光譜分析的，結(jié)果見表1，觀察表1知產(chǎn)生裂紋齒輪的化學(xué)成分符合客標(biāo)要求。

1.2 宏觀分析

齒輪圈宏觀形貌如圖1所示，在各個齒輪齒尖與齒輪端面倒角處，有沿齒寬方向的裂紋，圖2所示， 從齒尖表面宏觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)加工的表面粗糙度較粗糙(圖3)以及從齒尖橫截面形貌觀察，發(fā)現(xiàn)表面淬火不均勻(圖4)，這些是造成裂紋出現(xiàn)的主要因素。

1.3 微觀分析

從齒輪圈齒尖處制取樣品，進(jìn)行金相檢驗、硬度性能試驗，位置如圖5所示。

1.3.1 裂紋處與非裂紋處非金屬夾雜物

表1 斷裂螺栓化學(xué)成分分析結(jié)果(wB)%

非金屬夾雜物分析結(jié)果：裂紋處非金屬夾雜物(圖6)：粗系：A0，B0，C0，D0.5，DS0；細(xì)系：A0，B0，C0，D0.5；裂紋處非金屬夾雜物(圖7)：粗系：A0，B0，C0，D0.5，DS0：細(xì)系：A0，B0，C0， D0.5。從(圖6)可知裂紋剛健有力，裂紋端部呈銳角，根據(jù)非金屬夾雜物金相分析可知，裂紋處及其他區(qū)域非金屬夾雜物有夾雜嚴(yán)重現(xiàn)象，所以裂紋的產(chǎn)生不是由于原材料中含有大量的非金屬夾雜物而產(chǎn)生的。

1.3.2 裂紋處脫碳層

脫碳層分析結(jié)果如(圖8、9)：裂紋兩側(cè)無脫碳，齒尖表面無脫碳；由于裂紋兩側(cè)無脫碳現(xiàn)象，可判斷該裂紋不是在鍛造的時候產(chǎn)生的。

1.3.3 齒輪表面顯微組織和顯微硬度

齒尖表面：距齒尖表面0.2mm內(nèi)有多條細(xì)小裂紋并有回火馬氏體存在，所以在齒尖表面有淬硬層見(圖10、11)；換一個視場看顯微組織發(fā)現(xiàn)組織為：回火索氏體在這個視場上的齒尖表面又無淬硬層(圖12、13)。同時在有淬硬層和無淬硬層上打顯微硬度(HV1)結(jié)果見表2。分析結(jié)果：齒尖區(qū)域組織、硬度不均勻，有些區(qū)域未淬硬(組織為回火索氏體)，有些區(qū)域已淬硬(組織為回火馬氏體)，局部淬火在正常的工藝和區(qū)域可以達(dá)到表面強(qiáng)化和獲得良好的表面壓應(yīng)力的目的，但在硬化層里面會產(chǎn)生組織差異應(yīng)力，淬硬區(qū)和不合理的淬硬層，可以引起基體內(nèi)部或局部表面的淬火開裂[1]，說明表面淬火不均勻，中高頻感應(yīng)淬火工藝不穩(wěn)定。

表2 淬硬層和非淬硬層顯微硬度(HV1)

2 改進(jìn)措施

針對上述情況，采取了以下2項改進(jìn)措施：(1)提高機(jī)加工表面的粗糙度，有效防止機(jī)加工產(chǎn)生的裂紋；(2)制定合理的中高頻淬火工藝、有效的控制感應(yīng)淬火圈的溫度均勻性、并及時回火處理。

3 結(jié)語

42CrMo4經(jīng)感應(yīng)表面淬火以及回火后，顯微組織從表面到中心均分為淬硬層、過渡區(qū)和基體。淬硬層為回火馬氏體，過渡區(qū)為回火馬氏體與回火索氏體的混合組織，基體為回火索氏體。而齒尖區(qū)域組織、硬度不均勻，有些區(qū)域未淬硬(組織為回火索氏體)，有些區(qū)域已淬硬(組織為回火馬氏體)，說明表面淬火不均勻以及機(jī)加工太粗糙。這些因素是產(chǎn)生上述裂紋的主要原因。

[1]孫盛玉.《熱處理裂紋講座》.《理化檢驗》,92.6-94.1.

[2]機(jī)械工程手冊(第三卷)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982.

[3]史美堂.金屬材料及熱處理[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)版社,1980.

[4]邢雷,李峰,高艷麗.40Mn鋼的感應(yīng)加熱表面淬火的研究[J].一重技術(shù),2003,(4):28-29.

[5]李元洪,劉百宣,劉華等.42CrMo轉(zhuǎn)向器齒輪冷鍛及熱處理工藝的試驗研究[J].熱加工工藝,2010,39(1):92-93.