42CrMo钢大齿轮淬火开裂原因分析

４２ＣｒＭｏ钢大齿轮淬火开裂原因分析

摘要：通过对失效齿轮的外观、化学成分、金相组织等综合分析研究，结果表明淬火温度偏高，对组织造成了偏析，导致开裂。同时提出了预防齿轮失效的措施和建议。

关键词：齿轮；淬火；开裂

1 概述

某厂生产的齿轮是用225mm 的42CrMo材料制造，加工成320mm，长度为50mm的齿轮调质，在井式渗碳炉中加热860℃保温2小时淬油，18只齿轮中有3只在齿轮辐膛内出现一边呈圆弧形裂纹，一边呈放射状裂纹。裂纹的示意图如图1。

2 检验结果

2.1原材料检验

低倍检查：225mm 的钢材取样作低倍样检查合格。

2.2化学分析

通过光谱分析，其成分见表1

2.3金相检验

按照42CrMo钢齿轮轴的使用要求，采用调质处理，其外表面组织为回火索氏体组织[1]。通过图2观察，基体组织为回火索氏体；裂纹两侧组织与基体部位组织相同，裂纹尾部沿晶界逐渐消失，未发现夹杂物。

试样经苦味酸乙醚溶液浸蚀检查，实际晶粒度为6级（5～8级为合格），说明原始晶粒度不大，加热温度也不高。金相组织照片如图2。

图2（a）中白色块状为铁素体，其余较暗组织为珠光体，组织偏析较为严重。图2（b）中白色为铁素体呈网带状分布，其余较暗组织为珠光体。

3 分析讨论

（1）化学分析结果表明，实物各主要成分符合GB699－99的规定。

（2）淬火处理后，实际的淬火温度对局部的珠光体组织来说有些偏高。

（3）由于铁素体的存在使齿轮的硬度偏低，说明锻造组织不良，这将直接影响到基体的强度，在过大的接触应力作用下，极有可能使齿轮开裂。

（4）该齿轮的碳含量为0.44(wt % ,下同) 含量相对较高，由于C、Cr 含量的增加，使钢的淬透性增大，又因Cr 、Mo 元素强烈推迟珠光体相变，对贝氏体相变区无明显影响[2，3 ] ，有可能造成该材质的齿轮空冷后表层出现上贝氏体组织。

4 建议

（1）正火工艺要求原材料在热处理前不应该有严重点偏析、带状组织及夹杂物存在，晶粒度不粗于5级，因未按要求执行带来的开裂，建议对原材料进行复检时，将上述项目列入原材料入厂检验项目，加以严格控制。

（2）齿轮在锻造时增大锻造比，通过反复锻造来改善偏析状态。

（3）由于钢材直径较大，其轧制比较小，未能很好的改善钢锭的组织偏析，所以建议生产单位用直径小一点的钢材来锻造齿轮，以达到增大锻造比的目的。

（4）淬火时应尽快入水，避免在高温区停留时间过长，以免铁素体析出而导致强度不足。

参考文献：

[1]上海市机械制造工艺研究所.金相分析技术[M].上海:上海科学技术文献出版社,1987.

[2]冶金工业部钢铁研究总院. 合金钢手册[M].北京:冶金工业出版社,1984.

[3]林慧国, 傅代直. 钢的奥氏体转变曲线-原理、测试与应用[M].北京:机械工业出版社,1998.