轴齿轮断裂失效分析！

竹林风

各位大侠，我有一个失效工件断口表面出现回火索氏体组织深度5-10mm，而里面整个截面都是回火马氏体组织，请各位发表高见！为何会出现这样的现象？断口粗125，材料18Cr2Ni4WA，整体渗碳淬火，断口位于花键退刀槽根部，花键处剥碳最后加工花键就成品了，谢谢谢谢！

ljlccy

我以前也遇到过类似情况，调质产品的组织是索氏体+回火马氏体；放置了大概半年后，机械性能又提升了。
    个人认为：1.工艺问题：保温温度、保温时间；
             2.设备应用问题：现在生产都讲究效率化，很多工艺在生产中都被精简化，比如升温速度、冷却方式等；
             3.还有就是操作人员问题：人员是否有责任心，操作记录是否与实际情况相符等。
     

竹林风

断口出现不同组织，硬度为39和45HRC，表面组织变化肯定是受热后引起，我认为这是主要的失效原因！各位请发表高见！

sunyueandhui

确定是回火索氏体嘛？金相照片、断口照片可以传上来看看啊

lihuashi

你是渗碳淬火件 心部马氏体不是正常吗？至于表面组织跟你渗碳回火有关系吧。不太了解不要见怪

竹林风

lihuashi 发表于 2013-8-2 16:03
你是渗碳淬火件 心部马氏体不是正常吗？至于表面组织跟你渗碳回火有关系吧。不太了解不要见怪

正常组织应该是整个截面上都是回火低碳马氏体，但断口发现表面一层有组织变化了，本来最后一道工序加工花键就好了啊

竹林风

sunyueandhui 发表于 2013-8-2 11:27
确定是回火索氏体嘛？金相照片、断口照片可以传上来看看啊

可以，我这只有断口的金相组织照片

竹林风

还有一张宏观的断口金相照片，请各位大侠多多发表高见，谢谢

西渡高速钢

    既然是失效分析，就应该展示失效原件，断口（至少两部分）照片（完整的，宏观的，再在宏观的基础上，裂源局部放大），再在裂纹源部位取相应的试样面，展现相应的裂源部位的微观形貌及周边组织，如此，方可取得有意义的认识。

lihuashi

最好给图个给位置对应的组织

leomet

9樓說出了我想說的..........

竹林风

好的，明天给你们拍一个，这样比较直观，今天上半天班要下班了，我就是想和大家探讨一下为什么会出现这样的情况，不加热的话怎么会有这么明显的组织改变，断口已破坏，我是取的位于最后断裂区的对面的接近断裂源的部位，期待明天哦！

jiangzhen

如果断口都是回火M，那估计在你热处理前就已经有裂纹了，这个材料锻打很重要，合金元素高！

竹林风

西渡高速钢 发表于 2013-8-5 13:32
既然是失效分析，就应该展示失效原件，断口（至少两部分）照片（完整的，宏观的，再在宏观的基础上，裂 ...

断口照片来了，不过断口在现场已经遭严重破坏，发上来大家有个直观的认识！我发的组织图片就是断口左上方的直角处

西渡高速钢

竹林风 发表于 2013-8-8 07:20
断口照片来了，不过断口在现场已经遭严重破坏，发上来大家有个直观的认识！我发的组织图片就是断口左上方 ...

根据楼主上述反映的几点，理解如下：
1、该齿轮轴断裂部位在传动端的推导槽根部拐点处；
2、该齿轮材料为18Cr2Ni4WA，经渗碳淬火处理后，退刀槽处目前是回火索氏体（希望楼主进一步检测下硬度值，请及时告知下）表明经历过回火处理，而心部依然为低碳回火M，进一步推测为采用表面感应加热回火退刀槽处的可能性大；
3、退刀槽处剥过渗碳层，推测，可能渗碳淬火后硬度值高，车削困难，故感应加热，满足硬度降低，车削方便。

因此，我的主要观点如下，供参考：
1、断口宏观形貌表明，该齿轮轴裂纹在断面的外缘，即在齿轮传动端退刀槽根部拐点处的圆周上，为多源萌生裂纹导致的断裂；
2、因材料的硬度值偏高，材料对裂纹尖端的应力集中相对敏感，裂源萌生后，发展速度较快，中心疲劳特征不明显；
3、从设计角度看，（1）选择这个18Cr2Ni4WA渗碳淬火用材料，就应该考虑一旦渗碳淬火后，不用再在退刀槽处进行剥碳车削加工或最好只是喷砂、抛丸、打磨、抛光等处理方式，以确保该部位因渗碳淬火后的压应力状态，可有效抑制裂源萌生的倾向；（2）退刀槽拐点过渡圆弧是否有条件选择更大的圆弧空间，待设计考虑，若有，应尽量加大过渡圆弧；（3）其它，根据齿轮相互间的传递力矩，材料匹配，选择材料及硬度值的设计是否还有更大空间；
4、从实际齿轮制造过程看，该齿轮渗碳后，加工退刀槽，因硬度值高而采用感应局部回火，使推导槽处表层硬度值降低了，便于了车削加工，但破坏了渗碳淬火后的压应力分布的有利状态，同时也降低了退刀槽表层材料的屈服强度，增大了裂源萌生的倾向；

竹林风

jiangzhen 发表于 2013-8-7 21:20
如果断口都是回火M，那估计在你热处理前就已经有裂纹了，这个材料锻打很重要，合金元素高！

我们的锻件进厂都要探伤的，花键部位已经剥碳加工把渗碳层全部去除了，然后整体淬回火最后加工的花键，所以截面组织应该全是回火马氏体的！

竹林风

西渡高速钢 发表于 2013-8-8 08:36
根据楼主上述反映的几点，理解如下：
1、该齿轮轴断裂部位在传动端的推导槽根部拐点处；
2、该齿轮材料 ...

谢谢前辈：
    非常认同你的分析观点，不过有一点需要指出的是：我们的零件是采用的整体渗碳花键部位进行剥碳后再淬回火，最后加工的轴齿轮花键部位，另一端有齿轮是加工后渗碳淬火的没有带回。
    综合断口的外观形貌，破坏的挺严重的，所以我选择断口靠花键根部切下，然后在断口最后瞬断区的对面取了如图的金相试样，发现断口表面组织有明显的变化，本来应该是整个截面多是回火马氏体的组织，中心的硬度也在39HRC，我们此类材料工艺的零件一般的心部硬度在40-42HRC，而表面有5-10mm的地方出现明显的回火索氏体组织，试样两个区域的硬度为39和45HRC。
    该零件的工艺是先加工齿轮然后渗碳淬火最后加工花键，因花键比较细长，考虑到先加工花键后渗碳淬火花键变形较大会影响装配，所以实际采用现在的加工工艺。
    所以综上所述，我认为：1、我的取样部位是恰当的，刚好位于裂纹起始位置，2、取样部位组织分别明显，而在旁边所取试样的表面回火层要深好多，达到了20mm以上，3、表面组织发生变化，唯一的解释是经过了加热；4、所以我的推断是零件渗碳淬回火后花键部位硬度较高而该材料的韧性又高，难以加工所以进行了额外的感应加热回火以降低硬度便于加工，以致表面组织发生明显的变化，5、断口裂纹起始位置刚好位于感应加热过度区，次乃轴类零件热处理大忌，此处疲劳强度降低严重，而所受应力最大，刚好又位于轴肩处，要是不断这里断哪里呢？
    非常感谢各位前辈和同行，有不到之处还望指正，谢谢！

西渡高速钢

竹林风 发表于 2013-8-8 13:55
谢谢前辈：
    非常认同你的分析观点，不过有一点需要指出的是：我们的零件是采用的整体渗碳花键部位进 ...

好！能结合你们具体的加工工艺流程，作出合理的分析结论，是值得肯定的。

因仅在论坛里，通过仅有的图片，判断往往不十分的准确，故我们坛友的意见，只能仅供参考。

竹林风

西渡高速钢 发表于 2013-8-8 14:15
好！能结合你们具体的加工工艺流程，作出合理的分析结论，是值得肯定的。

因仅在论坛里，通过仅有的图 ...

谢谢！我是觉得那个金相试样的特征很明显，以前有碰到轴类零件轴承档高频淬火的断裂件，所以这次一看这样的组织就心里有数哦了！

竹林风

leomet 发表于 2013-8-7 00:30
9樓說出了我想說的..........

前辈！我的分析结果出来了，不知你以为如何？想听你的高见！