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1、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
2、光滑圆形斑形貌 2,法线方向小裂纹,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,波纹花样,条纹花样,2.4 断口微观检验,图9 圆形斑外围的准解理断口形貌,二次裂纹,2.4 断口微观检验,图10 裂纹扩展区的解理形貌,混晶,2.5 力学检验,力学性能试验结果（均值）,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：,
3、脆化系数：,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,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。,白点特征,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,聚集,局部,分离,长时间,程度,小阻力,氢压驱动力,扩展阻力,反复,较远处,宏观,劈裂机理,在氢压作用下，裂
4、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。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!,
