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        減速機軸齒失效分析

        2023-02-04 03:34:46周惠芳李寧金一晨秦曉光邸帆趙金銘
        金屬加工(冷加工) 2023年1期
        關(guān)鍵詞:分析

        周惠芳,李寧,金一晨,秦曉光,邸帆,趙金銘

        石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司 河北石家莊 050100

        1 序言

        某公司在加工減速機軸齒過程中,發(fā)現(xiàn)一減速機軸齒存在孔洞缺陷,軸齒材料為16MnCrS5+H,加工工藝為:鋸切下料→車削→滾齒→銑削端部(自動一次成形)等。本文通過宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相檢驗及掃描電子顯微鏡分析等方法,確定軸齒缺陷產(chǎn)生的原因,以便后續(xù)有針對性地采取改進(jìn)措施。

        2 宏觀檢查

        目視觀察減速機軸齒存在孔洞缺陷,缺陷宏觀形貌如圖1所示,該缺陷距離端部30~40mm,長×寬×深約為9mm×5mm×5mm,底部呈錐形并有一定傾角,內(nèi)壁光滑。

        圖1 減速機軸齒缺陷形貌

        3 失效分析

        3.1 化學(xué)成分分析

        軸齒材料16MnCrS5+H,在缺陷樣品上取樣進(jìn)行光譜檢驗,該材料化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求和軸齒的化學(xué)成分分析見表1,結(jié)果符合要求。

        表1 化學(xué)成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        3.2 金相檢驗

        取圖1a中白線所示位置的橫截面為金相面進(jìn)行檢驗,缺陷位置存在異常貝氏體組織,寬度約為1.5mm,如圖2所示;缺陷表面存在一處異物鑲嵌,經(jīng)4%硝酸酒精試劑腐蝕后異物未被腐蝕,周圍基體組織為貝氏體,如圖3、圖4所示;正常基體和正常軸齒尖部組織均為鐵素體+珠光體[1],如圖5所示。

        圖2 缺陷位置金相組織(200×)

        圖3 缺陷邊緣鑲嵌物形貌和金相組織(200×)

        圖4 缺陷邊緣至基體過渡區(qū)金相組織(200×)

        圖5 正常基體和正常軸齒尖部金相組織(200×)

        將樣品向缺陷底部進(jìn)行解剖分析,缺陷周邊有異常貝氏體組織,缺陷內(nèi)沿異常組織較深,約為2.5mm,缺陷外沿約1mm,缺陷內(nèi)沿一側(cè)存在異物附著,且存在一個約0.1mm的凸起,內(nèi)有附著物,缺陷周圍組織未發(fā)現(xiàn)脫碳,如圖6所示;正?;w組織為鐵素體+珠光體,如圖7所示。

        圖6 解剖分析缺陷位置形貌和金相組織(200×)

        圖7 正?;w組織(200×)

        3.3 SEM掃描電子顯微鏡形貌分析

        對鑲嵌異物及缺陷周邊進(jìn)行SEM掃描電子顯微鏡分析,缺陷底部整體形貌如圖8a所示,缺陷底部存在大量微裂紋,由淺往深延展至底部翹皮部位,如圖8b和圖8c所示。

        圖8 SEM掃描電子顯微鏡分析缺陷底部形貌

        如圖9所示,對鑲嵌異物及缺陷周邊進(jìn)行能譜檢驗,缺陷內(nèi)沿附著物及缺陷底部為氧化鐵;缺陷底部存在異物殘留,尺寸約0.47mm;異物組織與樣品基體組織有明顯不同,見表2。

        表2 鑲嵌物能譜分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)

        圖9 缺陷邊緣和底部鑲嵌物形貌

        對疑似刀具進(jìn)行SEM掃描電子顯微鏡分析,成分基本與鑲嵌物一致,見表3?,F(xiàn)場跟蹤減速機軸齒加工工藝,發(fā)現(xiàn)加工過程中所使用的刀具與缺陷相似[2,3],如圖10所示。

        圖10 刀具

        表3 刀具能譜分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)

        4 結(jié)束語

        綜上所述,減速機軸齒缺陷表面和內(nèi)部均殘余少量異物嵌入,與樣品基體成分明顯不同,周邊組織為貝氏體,凹坑周邊無明顯脫碳,內(nèi)側(cè)內(nèi)沿有一層氧化鐵附著,缺陷底部存在大量微裂紋,由淺往深延展至底部翹皮部位。

        在進(jìn)行現(xiàn)場加工工藝跟蹤時發(fā)現(xiàn),有一款刀具形貌跟用戶缺陷位置接近,且刀具成分與缺陷處鑲嵌物成分一致,可確定鑲嵌物為刀具鑲嵌至材料所致,可能為機械加工數(shù)控設(shè)備刀具行程中出現(xiàn)異常所導(dǎo)致。

        金屬零件在加工時,由于刀具材料、形狀、幾何角度及切削參數(shù)等因素影響,會導(dǎo)致被加工零件產(chǎn)生切削變形等缺陷。依據(jù)宏觀形貌、高倍組織以及能譜檢驗結(jié)果,并結(jié)合減速機軸齒加工工藝跟蹤情況,可以有針對性地提出改進(jìn)措施,關(guān)注機加工刀具運行異常情況,關(guān)注刀具質(zhì)量,避免因加工工藝影響質(zhì)量。

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