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采煤机齿轨轮裂纹分析及预防措施
来源:www.sxszjx.com 发布时间:2021年01月26日
陕西采煤机配件有25件采煤机齿轨轮(同炉)在渗碳淬火后,发现其中23件表面有网状裂纹。这批齿轨轮的材质为20Cr2Ni4A,生产过程为:
下料→锻造→正火(920℃)+高温回火(650℃)→机加工→渗碳(930℃)→高温回火(650℃)→淬火(810℃)→低温回火(200℃);技术要求其渗碳层深度为2.5~3.0mm,表面硬度为58.0~62.0HRC,为了查找齿轨轮淬裂的原因,抽取已裂齿轨轮中的一件进行了分析,找到了齿轨轮淬裂的本质原因,制定合理的预防措施,从而有效的防止了齿轨轮的再次淬裂。

01
理化检验
宏观分析
宏观检测发现,淬裂齿轨轮的表面分布有网状裂纹,裂纹开口较大,深约为2.2~2.6mm。裂纹垂直于表面,均在在渗碳层深度范围内,见图1~2。

02  分析结果讨论

从以上检测结果可知,齿轨轮裂纹深度在渗碳层以内,裂纹两边有脱碳层,宏观呈网状,根据有关资料分析,齿轨轮的表面裂纹是在渗碳缓冷后产生的,裂纹属性为鳞裂。

齿轨轮渗碳缓冷后进行了高温回火及淬火回火处理,因此,渗碳后组织已被破坏,无法直接取证。淬火后发生的磷裂,其实是在工件渗碳后的冷却过程中形成的,淬火只使其更加暴露,因而易于观察。
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渗碳件表面裂纹易发生在对磷裂敏感的钢种上。渗碳件一般不易产生裂纹,因为碳含量的增加使其表面的马氏体的固溶度增加,使零件的表面形成压应力,而不容易开裂。
渗碳件表面裂纹易发生在对磷裂敏感的钢种上。渗碳件一般不易产生裂纹,因为碳含量的增加使其表面的马氏体的固溶度增加,使零件的表面形成压应力,而不容易开裂。但是,渗碳梯度、冷却速度、化学成分等因素对渗层组织的综合不利影响也会使其表面产生裂纹,尤其对磷裂敏感的材质,如20CrMnMo、20Cr2Ni、20Cr2Ni4、20CrMnTi等合金钢。

不恰当的渗碳工艺及冷却速度是导致齿轨轮磷裂的主要原因。只有拉应力才会产生裂纹,分析拉应力的产生原因需从组织入手,影响渗层组织主要有化学成分(包括渗碳的影响在内)、冷却速度(考虑某些具体因素的影响在内)、渗层梯度。

不恰当的渗碳工艺及冷却速度是导致齿轨轮磷裂的主要原因。只有拉应力才会产生裂纹,分析拉应力的产生原因需从组织入手,影响渗层组织主要有化学成分(包括渗碳的影响在内)、冷却速度(考虑某些具体因素的影响在内)、渗层梯度。某些成分的合金钢在渗碳后以一定速度(3~8℃/min称为危险速度)冷却(650℃~150℃)的条件下,并以5℃/min冷速下的开裂倾向最大,处在比它大或小的冷却速度条件的工件,都不会形成磷裂。

因为合金钢渗碳后,从齿轨轮表面向里渗碳层的碳浓度是由高到低依次下降,致使其过冷奥氏体的稳定性先是逐渐提高(C曲线右移),到某一深度(共析成分)时达到最大,然后又逐渐减小(C曲线左移),另一方面,由于表层的过共析层析出了部分合金碳化物,消耗了合金元素,使溶解在奥氏体中的合金元素减少,而处于次表层的共析层没有析出较多合金碳化物,因而大部分合金元素依然固溶在奥氏体中,而从金属热处理原理可知,只有固溶在奥氏体中的合金元素才能增加过冷奥氏体的稳定性,在某一特定的冷却速度下,过冷奥氏体转变成珠光体加碳化物,而次表层(共析层)最稳定,直到冷却到Ms点时转变成马氏体,正是由于次表面马氏体组织的形成和伴随的体积膨胀,使珠光体层内产生的两向拉应力或切向拉应力,这种拉应力峰值作用在工件的外表面,其正是表面裂纹的致裂应力,再加上有网状碳化物组织,更加剧了裂纹的产生与扩展。当为两向拉应力时,就会产生网状裂纹,当其切向拉应力的作用占主导地位时,便形成平行的纵向表面裂纹(长网状裂纹)
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