万能轧机齿轮轴失效分析

万 能 轧 机 齿 轮 轴 失 效 分 析 吴 安 术攀 钢 集 团 攀 枝 花 钢 铁 研 究 院2006年 8月 目 录 1 引 言2 理 化 检 验 2.1 断 口 宏 观 检 验 2.2 低 倍 检 验 2.3 金 相 组 织 检 验 2.4 断 口 微 观 检 验 2.5 力 学 试 验 2.6 化 学 成 分 分 析3 分 析 与 讨 论4 结 论 1 引 言图 1 万 能 轧 机 双 排 人 字 齿 轮 轴 劈 裂 形 貌直 径 : 860mm 材 质 :17CrMnMo6 2.1 断 口 宏 观 检 验图 2 劈 裂 断 口 形 貌 图 3 图 2局 部 放 大 放 射 痕 暗 灰 色 圆 形 斑 点 断 裂 源 2.2 低 倍 检 验齿 轮 轴 近 中 心 部 位 图 2右 边 集 中 小 圆 形 斑 下 层 部 位图 4 白 点 裂 纹 低 倍 形 貌 4 2.3 金 相 组 织 检 验图 5 锯 切 时 ,图 2中 上 边 的 台 阶 自 然 分 离脱 落 的 光 滑 圆 形 斑 形 貌 2 2.3 金 相 组 织 检 验图 6 图 4(左 )中 取 向 不 同 的 裂 纹 显 微 形 貌 2.3 金 相 组 织 检 验 图 7 齿 轮 轴 贝 氏 体 +铁 素 体 组 织 形 貌 2.4 断 口 微 观 检 验 图 8 图 3断 裂 源 区 电 镜 形 貌 2.4 断 口 微 观 检 验图 9 圆 形 斑 外 围 的 准 解 理 断 口 形 貌 2.4 断 口 微 观 检 验图 10 裂 纹 扩 展 区 的 解 理 形 貌 2.5 力 学 检 验 力 学 性 能 试 验 结 果 （ 均 值 ） 试 验 状 态 Rp0.2（ Mpa ） Rm（ Mpa） A（ %） Z（ %） 常 规 拉 伸 515 830 13.5 24.0 慢 速 拉 伸 - 820 12.0 16.5 去 氢 拉 伸 520 850 19.5 53.0 注 :常 规 拉 伸 5支 ;慢 速 拉 伸 3支 ;去 氢 拉 伸 4支 . 2.5 力 学 检 验 式 中 ： （ %Z） u -去 氢 试 样 的 拉 伸 延 性 （ %Z） c -未 去 氢 试 样 的 拉 伸 延 性 E 在 0-1之 间 变 化 ， E 越 大 ， 则 氢 脆 敏 感 性 高 。 齿 轮 轴 的 脆 化 系 数 ： uZ cZuZE )(% )(%)(% 脆 化 系 数 ： 55.00.53 0.240.53 E说 明 齿 轮 轴 材 料 已 经 脆 化 。 2.6 化 学 分 析 齿 轮 轴 的 化 学 成 分元 素 C Si Mn P S Cr Ni Mo轮 轴 0.187 0.307 0.564 0.013 0.0056 1.65 1.51 0.288DIN标 准 0.14/0.19 0 0.15/0.40 0.40/0.60 0.035 0.035 1.50/1.80 1.40/1.70 0.25/0.35 非 指 定 的 元 素 含 量 Cu： 0.240%、 As： 0.422%和 Sn： 0.013%； 较 高 的 As和 Sn会 增 加 钢 的 回 火 脆 性 。 3 分 析 与 讨 论杂 质 元 素 As和 Sn与 氢 的 共 同 作 用 降 低 了 晶 界 的 断裂 抗 力 ， 加 剧 氢 脆 效 应 。圆 形 斑 -断 口不 同 取 向 的 内 裂 -低 倍不 连 续 裂 纹 -金 相波 纹 花 样 和 条 纹 花 样 -微 观 劈 裂 机 理原 子 态 氢 分 子 态 氢 体 积 膨 胀内 压 增 大 晶 格 滑 移 显 微 裂 纹二 维 扩 展 动 态 平 衡 停 止 扩 展波 纹 花 样 条 纹 花 样 圆 形 斑 劈 裂 机 理n 在 氢 压 作 用 下 ， 裂 纹 尖 端 的 大 塑 性 区 形 成 多 个断 裂 源 ， 扩 展 形 成 多 个 小 裂 面 和 二 次 裂 纹 。 小裂 面 上 和 小 裂 面 之 间 存 在 细 小 撕 裂 棱 ， 其 裂 纹扩 展 的 阻 力 大 ， 推 进 量 小 ， 形 成 圆 形 斑 外 围 为准 解 理 特 征 。n 钢 中 氢 含 量 较 低 的 部 位 ， 合 成 氢 产 生 的 内 压 低于 材 料 的 临 界 应 力 ， 不 会 将 钢 胀 裂 形 成 白 点 ，但 聚 集 的 氢 使 材 料 产 生 应 力 梯 度 ， 造 成 局 部 的内 应 力 和 应 变 ， 降 低 了 材 料 的 拉 伸 延 性 。 这 是齿 轮 轴 的 常 规 拉 伸 延 性 比 时 效 处 理 后 拉 伸 延 性低 以 及 慢 拉 伸 的 延 性 比 常 规 拉 伸 低 的 原 因 ， 进一 步 证 明 了 氢 致 脆 化 效 应 。 4 结 论1） 齿 轮 轴 早 期 劈 裂 是 钢 中 白 点 造 成 的 。2） 慢 速 拉 伸 和 常 规 拉 伸 材 料 的 延 性 低 于 去氢 处 理 的 拉 伸 延 性 ， 证 实 了 齿 轮 轴 已 发生 了 氢 致 脆 化 。3） 齿 轮 轴 中 含 量 较 高 的 As和 Sn与 氢 共 同 作用 加 剧 了 脆 化 效 应 。4） 在 强 度 和 硬 度 较 高 的 齿 轮 轴 中 ， 产 生 白点 所 需 的 临 界 氢 含 量 随 钢 的 纯 净 度 提 高而 降 低 。 Thank you for your attention!