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齒輪軸探傷缺陷顯示原因分析

齒輪軸探傷缺陷顯示原因分析

本批齒輪軸共113件,成品經磁粉探傷檢測,發現有4件零件在端面齒根位置出現了亮點顯示。齒輪軸材料為12Cr2Ni4A,表面進行碳氮共滲,齒底滲層深度≥0.2mm,表面硬度≥60HRC,心部硬度32~42HRC。


1.宏觀檢查

齒輪軸外觀如圖1所示,肉眼觀察未見異常。

對缺陷零件進行熒光磁粉探傷檢查,在局部齒根處可見細微的熒光磁粉顯示。缺陷顯示位置相同,形貌相似,如圖1、圖2所示。其余表面均未發現磁痕顯示。


圖1 齒輪軸宏觀形貌


圖2 齒輪軸齒端面上的缺陷顯示    圖3  另一半圓周上無缺陷顯示


裂紋在齒輪軸端面的分布位置如圖4所示。齒輪軸有4個齒根分別存在1條裂紋,編號分別為1#4#裂紋。


圖4 裂紋在齒輪軸端面的分布位置


1#4#裂紋外觀比較相似,2#裂紋和3#裂紋如圖5、圖6所示,裂紋由齒根表面沿齒輪軸徑向和軸向向內部擴展,沿徑向較平直,沿軸向較曲折。其中,1#裂紋的徑向長度為0.358mm、軸向長度為1.295mm2#裂紋的徑向長度為0.354mm,軸向長度為1.30mm3#裂紋的徑向長度為0.334mm,軸向長度為1.208mm4#裂紋的徑向長度為0.302mm,軸向長度約為1.20mm


a2#裂紋橫端面(徑向)形貌    b2#裂紋齒根面(軸向)形貌

5   2#裂紋外觀


a                                        b

6   3#裂紋橫端面(徑向)形貌


2.斷口觀察

人為打開2#3#裂紋,對裂紋斷口進行宏微觀觀察。


2#3#裂紋斷口形貌相同。裂紋斷口宏觀較平整、未見明顯塑性變形,源區位于齒根端角(齒根與橫截面相交的端角)表面、小線源特征;齒根與橫截面相交的端角不夠圓滑,且加工面較粗糙,形貌如圖7、圖8所示。裂紋擴展區主要為沿晶形貌,局部為韌窩形貌,如圖9、圖10所示;人為打斷區為韌窩形貌,如圖11所示。

a                                                  b

7  2#裂紋斷口及源區位置


8   3#裂紋斷口


a                                     b

9   2#裂紋擴展區斷口


 10   3#裂紋擴展區斷口                     11  3#裂紋人為打斷區斷口

 

3.金相檢查

沿齒輪軸橫剖面制取試樣,進行金相檢查。齒輪軸滲層區及基體組織均未見異常,如圖12~圖14所示。按照HB5492—2011《航空鋼制件滲碳、碳氮共滲金相組織分級與評定》,滲層區碳化物:1級,殘留奧氏體及馬氏體1~2級,心部基體組織為回火馬氏體+少量鐵素體,1~2級。均合格。裂紋外闊里細,裂紋兩側殘留奧氏體量略有增加,裂紋處顯微組織如圖15所示。

(a)50×                                 (b)500×

圖12   齒底滲層區組織


13   心部基體組織(500×)         14   1#裂紋處組織(100×)


a200×                                    b500×

15   1#裂紋處顯微組織

4.硬度檢測

在齒輪軸橫剖面制取的試樣上進行顯微硬度(滲層深度)和洛氏硬度測量,結果分別如表1~表3所示,齒輪軸的心部硬度約為41HRC,齒底表面硬度約為690HV(按GB/T1172—1999《黑色金屬硬度與強度換算值》換算為洛氏硬度為59.6HRC,與技術要求的≥60HRC的下限接近(略低,與裂紋的產生關系不大),無裂紋的齒齒底滲層深度約為0.37mm,滿足≥0.2mm要求。可見,齒輪軸的滲層、硬度、組織均符合技術條件要求。然而,裂紋附近齒底的顯微硬度明顯高于相同位置的非裂紋區,可見裂紋兩側有增碳增氮現象。

1   齒輪軸齒底近表面硬度檢測結果(0.1mmHV0.5

測試位置

位置1

位置2

位置3

位置4

平均值

HRC

硬度

683.59

693.78

697.17

686.96

690.38

59.6

2   齒輪軸齒底硬度梯度      HV0.5


表3  齒輪軸基體洛氏硬度檢測結果     (HRC)

測試位置

位置1

位置2

位置3

平均值

心部

38.66

41.52

41.60

41

5.分析與討論

本批齒輪軸共113件,成品經磁粉探傷檢測只發現了4件零件的局部齒根處存在缺陷顯示。裂紋的位置和形貌相似。裂紋呈放射狀、分布于齒輪軸的一半圓周上,而另一半圓周及其余表面均無缺陷顯示。取其中的一件解剖進行原因分析。


齒輪軸裂紋宏觀斷口較平整,未見明顯塑性變形,源區位于齒根端角(齒根與橫截面相交的端角)表面、小線源特征。裂紋擴展區主要為沿晶形貌,局部為韌窩形貌,人為打斷區為韌窩形貌。上述特征表明齒輪軸裂紋的性質為沿晶脆性裂紋。


齒輪軸的滲層深度、硬度和顯微組織均未見異常,也均符合技術條件要求。齒輪軸的基體組織未見異常,心部硬度符合技術條件要求,裂紋附近未發現夾渣物等冶金缺陷。表明齒輪軸裂紋的產生與熱處理質量和基體材質關系不大。


齒輪軸顯示的4條裂紋呈放射狀分布于一半圓周位置(見圖4),裂紋較細小,徑向長度相近(0.302~0.358mm),基本位于滲層區內(滲層深度約為0.37mm)。裂紋附近的顯微硬度明顯高于相同位置的非裂紋區,裂紋兩側的顯微組織中殘留奧氏體量有所增多等表明,裂紋兩側有增碳增氮現象。


齒輪軸的最終熱處理工序安排為:碳氮共滲→高溫回火→機加工→淬火→負溫時效→正溫時效→吹砂→精加工。工藝路線中未安排校直工序,但在高溫回火工序后要求檢測 “各外圓跳動≤0.1mm”。經了解,現場生產中,碳氮共滲+回火后會有個別零件外圓跳動較大,超出公差要求,加工者會挑出來對其進行校直。若校直過程控制不當,會在三點彎曲校直時拉應力最大的下半方外圓上產生裂紋。單從三點彎曲校直的受力來分析,裂紋不應沿著軸向開裂。但是由圖5b和圖7可見,裂紋源區過渡不夠圓滑,加工刀痕粗糙。改變了零件表面的應力分布。加之滲碳層組織的變形能力較差,就在應力較大齒根端角處形成了較細小的裂紋。在隨后的淬火工序,為防止原滲碳層表面脫碳,淬火在碳勢約為0.88%的保護性氣氛中保溫約1h,此過程會使已形成的校直裂紋兩側有輕微的滲入現象,導致裂紋兩側的硬度和顯微組織發生了改變。因此,該批產品內少量零件上探傷顯示的缺陷為校直裂紋。


針對以上問題,我們對熱處理工藝進行了細化,要求在淬火前操作者對來件的外圓跳動進行分檢。跳動超差嚴重的直接報廢,輕微的進行校直。所有經過校直的零件必須進行去應力退火和磁粉探傷,防止校直缺陷件流出,取得了良好成效。


6.結語

(1)齒輪軸磁粉探傷顯示由裂紋引起,裂紋的性質為沿晶脆性裂紋。

(2)齒輪軸裂紋的產生,是因為個別零件碳氮共滲后變形超差,增加了校直工序。而由于校直過程控制不當,所以產生了應力裂紋。

作者:張英

單位:陜西長空齒輪有限責任公司

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

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2021年7月24日 2:55 董Φ钢管厂13337883086 [江苏省网友]

齿轮轴探伤缺陷显示原因分析

2019年12月11日 6:52 诛笑靥 [内蒙古自治区阿尔山市网友]

这篇文章我收藏了。

2019年12月11日 4:50 察言观色 [陕西省市辖区网友]

油田管你们能做不?

2019年12月11日 4:21 [辽宁省市辖区网友]

Technical leaders

2019年12月11日 3:14 三顾茅庐 [湖南省沅陵县网友]

你们钢管的光洁度怎么样?

2019年12月11日 1:43 [广东省市辖区网友]

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2019年12月11日 1:18 [河北省高邑县网友]

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2019年12月11日 1:17 [河南省焦作市网友]

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2019年12月10日 23:28 灰色调 [广西壮族自治区平南县网友]

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2019年12月10日 22:36 抹不去的悲伤 [海南省琼海市网友]

你好 我们是做直线度测量仪的 请问你们有需要不?

2019年12月10日 22:08 [湖北省西陵区网友]

Quality is the first!

2019年12月10日 20:57 [江苏省灌南县网友]

12*1有现货吧?帮我来500公斤,QQ联系!735846298

2019年12月10日 19:47 [河北省深泽县网友]

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2019年12月10日 19:43 [湖北省襄阳市网友]

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2019年12月10日 19:31 [广西壮族自治区合山市网友]

好文,强推!收藏了!

2019年12月10日 19:13 烟花沼泽 [辽宁省网友]

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2019年12月10日 18:17 [河南省焦作市网友]

这就是专业知识,收葳了!

2019年12月10日 17:33 [广东省罗定市网友]

专业知识 收藏了 后面慢慢研读。

2019年12月10日 16:38 [四川省自贡市网友]

上次问你们定的 1吨10*1的无氧退火的管子 太软了一受力就弯,下次帮我退生点。

2019年12月10日 16:04 [四川省阿坝藏族羌族自治州网友]

有技术 走遍天下都不怕呀..

2019年12月10日 15:22 孤叶 [浙江省永嘉县网友]

Could you please represent our German products?

2019年12月10日 13:48 一道胡言 [黑龙江省兰西县网友]

你们有多少台轧机?

2019年12月10日 11:59 [重庆市网友]

邦迪管你们能不能做?

2019年12月10日 10:27 [湖南省麻阳苗族自治县网友]

3*1的超小口径的管子 可以做不?

2019年12月10日 9:18 小意境 [湖南省常宁市网友]

你好,我是做检测仪器的,你们钢管要用光普仪不?

2019年12月10日 9:15 [陕西省太白县网友]

EN10305的标准怎么下载?直接发我邮箱吧:reqw342008@126.com 谢谢。

2019年12月10日 8:44 [江西省金溪县网友]

DIN 2391 最新标准是哪一年的?可以发一份给我吗我的邮箱是:gsrea154354@sohu.com

2019年12月10日 8:22 [辽宁省铁西区网友]

你这篇文章我在钢管博客微信公众号上面看过了,到底是谁是原创呀!

2019年12月10日 7:35 [广东省武江区网友]

兄弟,问一下,你们的常州精密钢管博客是怎么推广的!访问量这么大!我也做了个博客,和你们不一个行业的。

2019年12月10日 7:01

好文章!收藏了。

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