广东透码高手坛|香港内部提前透码|

您當前的位置:檢測資訊 > 科研開發

探究20MnCr5合金結構鋼最終車加工后表面斑疤形成原因

嘉峪檢測網        2019-09-12 10:21

齒輪軸是各種機械設備傳動系統中的關鍵零件,一般要求齒輪軸既具有優良的耐磨性、又具備高的抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性,因此熱處理對齒輪軸的壽命起至關重要的作用。

 

事故背景

 

某公司選用20MnCr5合金結構鋼生產齒輪軸,具體生產工藝為:?190mm熱軋棒料→下料→車加工→局部涂防滲碳涂料→滲碳熱處理→車加工。最終車加工后發現工件表面局部有明顯的斑疤,導致零件全部報廢。

 

為查明工件表面斑疤形成的原因,筆者對該齒輪軸進行了一系列檢驗與分析,以期避免再次出現該類缺陷。

 

理化檢驗

 

1、宏觀觀察

探究20MnCr5合金結構鋼最終車加工后表面斑疤形成原因

圖1 齒輪軸表面斑疤宏觀形貌

 

齒輪軸表面斑疤宏觀形貌如圖1所示,可見斑疤均位于零件不需要表面滲碳的區域,即滲碳熱處理時表面刷涂防滲碳涂料的區域,斑疤的大小不同、形狀各異。

 

2、化學成分分析

對該齒輪軸進行化學成分分析,結果見表1,可見該齒輪軸的化學成分滿足企業標準對20MnCr5合金結構鋼的技術要求。

 

表1 齒輪軸的化學成分(質量分數)

探究20MnCr5合金結構鋼最終車加工后表面斑疤形成原因

 

3、掃描電鏡分析

切取斑疤集中部位,經酒精超聲波清洗后使用FEI QUANTA 400F型掃描電鏡(SEM)觀察,如圖2所示,可見斑疤為覆蓋層,斑疤上車刀痕清晰可見,斑疤邊緣可見網狀裂紋。

探究20MnCr5合金結構鋼最終車加工后表面斑疤形成原因

圖2 齒輪軸表面斑疤微觀形貌

 

將表面斑疤部位拋光,再使用掃描電鏡觀察,如圖3所示,可見斑疤部位有網狀異物,異物有白色和灰黑色兩種顏色。對異物進行能譜(EDS)分析,結果見表2,灰黑色異物為鋁、硅、鈉的氧化物,白色異物為銅、錫合金。

 

探究20MnCr5合金結構鋼最終車加工后表面斑疤形成原因

圖3 拋光后斑疤微觀形貌

 

表2 異物的EDS分析結果(質量分數)

探究20MnCr5合金結構鋼最終車加工后表面斑疤形成原因

 

4、金相檢驗

切取斑疤橫截面試樣,研磨、拋光后采用硝酸酒精溶液浸蝕,使用金相顯微鏡進行觀察,如圖4所示。

 

探究20MnCr5合金結構鋼最終車加工后表面斑疤形成原因

圖4 斑疤橫截面微觀形貌

 

由圖4可知,缺陷區域呈弧形,最深部位0.15mm,缺陷區域內可見金屬銅等雜質的滲入;缺陷區域組織顏色相對較深,說明滲碳過程中有部分碳元素滲入。

 

分析與討論

 

該齒輪軸的化學成分符合標準要求,齒輪軸上的斑疤僅出現在齒輪軸表面不需要滲碳的部位,滲碳部位則未見此類缺陷。SEM分析結果表明,造成齒輪軸車削后表面有斑疤的主要原因為鋼材基體中有異物滲入。異物的滲入破壞了鋼材基體的連續性,從而導致車削后表面不光滑。從斑疤部位橫截面金相檢驗結果可知,缺陷區域呈弧形分布,說明異物是由某一個點開始逐漸向鋼材深度及寬度方向滲透。缺陷區域有部分碳元素滲入,說明在滲碳過程中防滲碳涂料沒有起到防滲作用。

 

因齒輪軸各部位性能要求不一樣,因此在滲碳熱處理時需要對不允許滲碳的部位進行保護。一般采用涂覆防滲碳涂料等方法進行局部防滲,滲碳熱處理后再清除零件表面的涂層,從而使整個零件在滲碳熱處理后得到較好的綜合性能。該齒輪軸滲碳熱處理前使用的防滲涂料為某公司生產的FC-108型防滲涂料,其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鉀、氧化鈉、銅粉、錫粉等。與齒輪軸表面滲入的異物成分相似,說明齒輪軸表面的異物來源于防滲碳涂料。

 

防滲碳涂料中含有銅粉、錫粉等低熔點金屬及其合金,且這些金屬聚集在鋼材表面極易使鋼材表面產生脆性開裂。滲碳過程中溫度較高,防滲碳涂料中低熔點的物質沿鋼材最薄弱的晶界滲入鋼中。在隨后的淬回火冷卻過程中,滲入了低熔點物質的晶界容易開裂,從而破壞基體的連續性。正常情況下,防滲碳涂料滲入鋼材的深度應該是一致的,通過后續的機加工可以將表面異常層完全去除。一旦防碳滲涂料在局部堆積,堆積部位防滲碳涂料滲入鋼材的深度肯定會加深,正常的機加工余量不能保證完全去除表面異常層,從而有少許滲層殘留在工件表面。

 

以上分析結果表明,防滲碳涂料在使用過程中出現異常。可從防滲碳涂料本身質量、零件刷涂前表面是否清理干凈、是否刷涂均勻等方面進行具體分析。具體可參考JB/T 5072-2007«熱處理保護涂料一般技術要求»及JB/T 9199-2008«防滲涂料技術條件»。

 

結論及建議

 

防滲碳涂料中低熔點物質沿齒輪軸基體的晶界滲入齒輪軸基體中,在隨后的淬回火過程中導致齒輪軸基體連續性被破壞,從而在車加工后表面出現斑疤缺陷。

 

建議加強防滲碳涂料的質量檢查,嚴格控制零件刷涂前表面質量及刷涂質量,杜絕此類缺陷的產生。

 

作者:楊娥,工程師,大冶特殊鋼股份有限公司高品質特殊鋼湖北省重點實驗室

 

分享到:

來源:楊娥理化檢驗

广东透码高手坛
江西快3开奖时间调整 腾讯棋牌麻将游戏 江苏竞彩e球彩走势图 欢乐生肖是官方的吗 22选5 用一万炒期货能赚钱吗 中彩票说说 法甲视频直播 北单比分3串1奖金封顶吗 福彩18选7走势图