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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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 法线方向小裂纹 7 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 8 2 3金相组织检验 图7齿轮轴贝氏体 铁素体组织形貌 9 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 10 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 11 2 4断口微观检验 图10裂纹扩展区的解理形貌 混晶 12 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 13 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 脆化系数 说明齿轮轴材料已经脆化 14 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 15 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 16 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 17 劈裂机理 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 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 18 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
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