楊 娥,周 楊,楊 智,李 波
(大冶特殊鋼股份有限公司 高品質(zhì)特殊鋼湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黃石 ４３５００１)
摘 要:某公司生產(chǎn)的２０MnCr５鋼齒輪軸經(jīng)滲碳淬火處理,精加工后發(fā)現(xiàn)齒輪軸表面局部可見明顯斑疤.采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、掃描電鏡分析和金相檢驗(yàn)等方法對(duì)齒輪軸表面缺陷的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:滲碳熱處理前使用的防滲碳涂料中的金屬銅滲入鋼材的晶界,使鋼材發(fā)生脆化開裂,繼而防滲碳涂料中其他低熔點(diǎn)物質(zhì)也滲入鋼材的晶界,破壞鋼材基體的連續(xù)性,因此精加工后齒輪軸表面出現(xiàn)斑疤狀的缺陷.
關(guān)鍵詞:齒輪軸;滲碳淬火;斑疤;防滲碳涂料;脆化開裂
中圖分類號(hào):TG１１５．２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１９)０５Ｇ０３４１Ｇ０３
齒輪軸是各種機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵零件,一般要求齒輪軸既具有優(yōu)良的耐磨性、又具備高的抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性,因此熱處理對(duì)齒輪軸的壽命起至關(guān)重要的作用[１].某公司選用２０MnCr５合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)齒輪軸,具體生產(chǎn)工藝為:?１９０mm 熱軋棒料→下料→車加工→局部涂防滲碳涂料→滲碳熱處理→車加工.最終車加工后發(fā)現(xiàn)工件表面局部有明顯的斑疤,導(dǎo)致零件全部報(bào)廢.為查明工件表面斑疤形成的原因,筆者對(duì)該齒輪軸進(jìn)行了一系列檢驗(yàn)與分析,以期避免再次出現(xiàn)該類缺陷.
１ 理化檢驗(yàn)
１．１ 宏觀觀察
齒輪軸表面斑疤宏觀形貌如圖１所示,可見斑疤均位于零件不需要表面滲碳的區(qū)域,即滲碳熱處理時(shí)表面刷涂防滲碳涂料的區(qū)域,斑疤的大小不同、形狀各異.
１．２ 化學(xué)成分分析
對(duì)該齒輪軸進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表１,可見該齒輪軸的化學(xué)成分滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)２０MnCr５合金結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求.
１．３ 掃描電鏡分析
切取斑疤集中部位,經(jīng)酒精超聲波清洗后使用FEIQUANTA４００F 型 掃 描 電 鏡 (SEM)觀 察,如
２ 分析與討論
該齒輪軸的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求,齒輪軸上的斑疤僅出現(xiàn)在齒輪軸表面不需要滲碳的部位,滲碳部位則未見此類缺陷.SEM 分析結(jié)果表明,造成齒輪軸車削后表面有斑疤的主要原因?yàn)殇摬幕w中有異物滲入.異物的滲入破壞了鋼材基體的連續(xù)性,從而導(dǎo)致車削后表面不光滑.從斑疤部位橫截面金相檢驗(yàn)結(jié)果可知,缺陷區(qū)域呈弧形分布,說明異物是由某一個(gè)點(diǎn)開始逐漸向鋼材深度及寬度方向滲透.缺陷區(qū)域有部分碳元素滲入,說明在滲碳過程中防滲碳涂料沒有起到防滲作用。
因齒輪軸各部位性能要求不一樣,因此在滲碳熱處理時(shí)需要對(duì)不允許滲碳的部位進(jìn)行保護(hù).一般采用涂覆防滲碳涂料等方法進(jìn)行局部防滲,滲碳熱處理后再清除零件表面的涂層,從而使整個(gè)零件在滲碳熱處理后得到較好的綜合性能.該齒輪軸滲碳熱處理前使用的防滲涂料為某公司生產(chǎn)的 FCＧ１０８型防滲涂料,其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鉀、氧化鈉、銅粉、錫粉等.與齒輪軸表面滲入的異物成分相似,說明齒輪軸表面的異物來源于防滲碳涂料.防滲碳涂料中含有銅粉、錫粉等低熔點(diǎn)金屬及其合金,且這些金屬聚集在鋼材表面極易使鋼材表面產(chǎn)生脆性開裂[２Ｇ４].滲碳過程中溫度較高,防滲碳涂料中低熔點(diǎn)的物質(zhì)沿鋼材最薄弱的晶界滲入鋼中.在隨后的淬回火冷卻過程中,滲入了低熔點(diǎn)物質(zhì)的晶界容易開裂[５],從而破壞基體的連續(xù)性.正常情況下,防滲碳涂料滲入鋼材的深度應(yīng)該是一致的,通過后續(xù)的機(jī)加工可以將表面異常層完全去除.一旦防碳滲涂料在局部堆積,堆積部位防滲碳涂料滲入鋼材的深度肯定會(huì)加深,正常的機(jī)加工余量不能保證完全去除表面異常層,從而有少許滲層殘留在工件表面。
以上分析結(jié)果表明,防滲碳涂料在使用過程中出現(xiàn)異常.可從防滲碳涂料本身質(zhì)量、零件刷涂前
表面是否清理干凈、是否刷涂均勻等方面進(jìn)行具體分析[６Ｇ７].具體可參考JB/T５０７２－２００７«熱處理保護(hù)涂料一般技術(shù)要求»及JB/T９１９９－２００８«防滲涂料 技術(shù)條件»。
３ 結(jié)論及建議
防滲碳涂料中低熔點(diǎn)物質(zhì)沿齒輪軸基體的晶界滲入齒輪軸基體中,在隨后的淬回火過程中導(dǎo)致齒輪軸基體連續(xù)性被破壞,從而在車加工后表面出現(xiàn)斑疤缺陷.建議加強(qiáng)防滲碳涂料的質(zhì)量檢查,嚴(yán)格控制零件刷涂前 表 面 質(zhì) 量 及 刷 涂 質(zhì) 量,杜 絕 此 類 缺 陷 的產(chǎn)生。
（文章來源：材料與測(cè)試網(wǎng)-理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>2019年>5期> pp.341）