基于工程机械常见铸锻件的热处理缺陷分析

徐春雷，冉金鹏，杨小朋，冯显磊

(山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073)

1 齿轮轴锻造缺陷裂纹

齿轮轴材质为20CrMnTi。齿轮轴装机运行约10 h后发生横向断裂，拆解后发现在花键轴的过渡轴段产生了轴向裂纹，见图1。利用金相显微镜、扫描电镜等表征手段对裂纹件进行失效分析。

1.1 宏观断口分析

从图1宏观断口看，没有明显的疲劳断裂特征，断口外壁无明显的点蚀、裂纹或较深的刀痕。本批次齿轮轴发生多次同样质量事故，且使用工况均为低负荷。初步分析该裂纹由材料自身缺陷引起。

1.2 扫描电镜断口分析

对裂纹源区断口进行扫描电镜观察，其形貌见图2。从图中可以看出，断口形貌为沿晶+少量韧窝带，在晶粒边界存在二次裂纹，且晶粒呈大小不均匀分布。采用人工打断方法在非裂纹部位取得新断口，其形貌见图3。从图中可观察轴横向新断面上非渗碳部位为等轴韧窝形貌，在少量的韧窝中有细颗粒的硫化物夹杂，这种断口形貌特征是热加工过程中由于温度偏高所形成的特有形貌。此外，在轴纵向断面上存在少数大小不一的黑色裂口，其中有一裂口边缘存在异常断面，见图4。

图1 渗碳层断面Fig.1 Section of carburizing layer

图2 裂纹源区断口形貌Fig.2 Fracture morphology of crack source region

图3 韧窝中的硫化物夹杂Fig.3 Sulphide inclusions in dimples

图4 黑色裂口边缘的异常断面Fig.4 Abnormal section at the edge of black-rift

齿轮轴化学成分结果见表1，符合GB/T 5216—2004中20CrMnTi钢的成分规范。

表1 齿轮轴化学成分(质量分数，%)

1.3 硬度测试

齿轮轴段横截面由表面至心部的硬度，见表2。从表中可以看出，距齿轮轴表面越远，其硬度越低。……