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    齒輪軸表面裂紋缺陷分析

    2015-04-23 04:23:40范王展
    金屬加工(熱加工) 2015年17期
    關(guān)鍵詞:齒輪軸磁粉掃描電鏡

    ■ 范王展

    2014年12月,某廠在精車齒輪軸的光軸部位時(shí)表面出現(xiàn)軸向裂紋缺陷,裂紋沿軸向分布,數(shù)量不一,細(xì)而直,長(zhǎng)度1~6mm不等。出現(xiàn)裂紋后,在加工面上繼續(xù)車1mm后,又出現(xiàn)新的裂紋,裂紋具體形貌見(jiàn)圖1。

    1. 分析

    (1)化學(xué)成分分析 在軸上取樣,進(jìn)行鋼材化學(xué)成分分析,結(jié)果見(jiàn)附表。由附表可見(jiàn),各元素的含量正常,均符合技術(shù)要求。

    (2)金相分析 在垂直裂紋方向進(jìn)行剖切,裂紋截面金相見(jiàn)圖2。裂紋垂直深度約0.03mm,寬度約0.05mm;裂紋未向內(nèi)延伸;腐蝕后觀察,裂紋周圍組織為正常正火組織。

    在軸上取金相試樣觀察,在縱截面上發(fā)現(xiàn)數(shù)條長(zhǎng)度0.5~1.3mm的夾雜物條帶,寬度在0.01~0.02mm之間(見(jiàn)圖3a);在橫截面上觀察到大量點(diǎn)狀、短片狀缺陷(見(jiàn)圖3b)。

    (3)掃描電鏡 在掃描電鏡下對(duì)缺陷部位進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果顯示缺陷區(qū)域化學(xué)成分主要為O、Al、Ca、Na以及少量的S和K。

    齒輪軸化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

    2. 結(jié)果討論

    從缺陷宏觀形貌分析,由于裂紋無(wú)金屬光澤,且將缺陷部位繼續(xù)車1mm后又出現(xiàn)新的裂紋,因此裂紋缺陷不僅在零件表面、且在零件內(nèi)部已經(jīng)形成,進(jìn)而斷定缺陷不屬于機(jī)加工裂紋,該推斷經(jīng)過(guò)磁粉檢測(cè)得以驗(yàn)證(見(jiàn)圖4)。

    對(duì)肉眼可見(jiàn)的缺陷用記號(hào)筆標(biāo)出,在磁粉檢測(cè)前,零件上共可見(jiàn)7處缺陷,經(jīng)過(guò)磁粉檢測(cè),可以看出零件表面聚集了大量缺陷。

    從金相檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,由于缺陷周圍為正常的正火組織,未出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象,說(shuō)明在鍛造時(shí)裂紋并未從毛坯件內(nèi)部裂至表面,缺陷是密閉的閉合狀態(tài)。

    從掃描電鏡結(jié)果來(lái)看,產(chǎn)生裂紋的根本原因是鋼材出現(xiàn)材質(zhì)缺陷,主要為氧化夾雜物。尤其是夾雜物中含有保護(hù)渣的成分Na、K元素,說(shuō)明是保護(hù)渣卷渣造成的夾雜。

    根據(jù)文獻(xiàn)描述,該缺陷的準(zhǔn)確定義應(yīng)為發(fā)紋缺陷,該缺陷以埋藏在鋼材表層10mm以內(nèi)位置居多。

    3. 結(jié)論與改進(jìn)措施

    零件表面裂紋實(shí)際是鋼材發(fā)紋缺陷,其根本原因是由于鋼液保護(hù)渣卷入造成的非金屬氧化物夾雜引起的。

    為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)入廠鋼材非金屬夾雜物的控制,采取了以下措施:一是進(jìn)行頭尾爐管理。對(duì)每個(gè)澆次的頭爐和尾爐,要求在頭坯和尾坯上取樣,進(jìn)行夾雜物檢驗(yàn)分析;二是對(duì)鋼材進(jìn)行塔形檢驗(yàn)。通過(guò)以上措施,取得了良好效果,在生產(chǎn)中再未出現(xiàn)批量性發(fā)紋缺陷。

    圖1 裂紋缺陷宏觀形貌

    圖2 裂紋部位截面金相分析

    圖3 軸上試樣顯微觀察

    圖4 零件磁粉檢測(cè)前后對(duì)比

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