18CrNiMo7-6钢齿轮轴开裂失效分析

(江苏金源高端装备股份有限公司, 常州 213376)

18CrNiMo7-6钢齿轮轴开裂失效分析

吴佳峻

(江苏金源高端装备股份有限公司, 常州 213376)

某18CrNiMo7-6钢齿轮轴在机械加工结束后，在库存期间发生了轴向开裂。利用宏观分析、化学成分分析、渗碳层深度测定、扫描电镜观察、能谱分析等方法，对齿轮轴的开裂原因进行了分析。结果表明：齿轮轴原材料冶炼过程不当，混入了小颗粒状氧化铝类夹渣；在随后的锻打拉拔过程中小颗粒形成条带状，破坏了材料的连续性，形成应力集中；在较大的残余应力作用下，齿轮轴发生了延迟性开裂。

18CrNiMo7-6钢； 齿轮轴； 氧化铝夹渣； 夹杂物条带； 应力集中； 开裂

某齿轮轴为风能传动结构零件，材料为18CrNiMo7-6钢，外形齿尺寸为φ280 mm(光杆部位)×850 mm(长度)，齿部和轴表面采取渗碳处理。齿轮轴加工工序为：锻造→粗车→探伤→滚齿→渗碳→淬、回火→喷丸→精车→精磨。渗碳后齿轮轴的有效硬化层深度要求为3.90～4.90 mm，淬火后渗碳层表面硬度要求为58.0～62.0 HRC。在热处理后喷丸或加工后，在库存期间发现齿轮轴出现裂纹，裂纹形态基本相同，呈轴向延伸，贯穿了齿轮轴整个长度，如图1所示。为了确定该齿轮轴开裂的原因，笔者对其进行了一系列理化检验和分析，以避免类似失效事件的再发生。

图1 开裂齿轮轴的宏观形貌Fig.1 Macro morphology of the cracked gear shaft:a) the overall morphology; b) the crack morphology

1 理化检验

1.1宏观分析

肉眼观察该开裂齿轮轴，其宏观形貌如图1所示。可见其表面存在部分银亮的机械加工表面，绝大部分表面呈光滑的银灰色。表面可见一轴向裂纹，基本贯穿了整个零件长度，靠近尾部的裂纹相对较窄，靠齿轮端的裂纹比较明显，端面未观察到裂纹，存在错位现象，表面存在一处较直的区域，裂纹相对较宽，为裂纹源区。……