2016新编20crmnti齿轮轴断裂原因分析(加翻译版)

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1、20CrMnTiH齿轮轴断裂原因分析刘健,陈宏豫，寇志贤,李春玉（承德建龙特殊钢有限公司技术处，河北兴隆067201）摘要：采取宏观形貌分析、化学成分分析、金相分析等手段对20CrMnTi齿轮轴断裂原因分析，结果表明，热处理后基体强度偏低和相对于承载能力而言工作应力较大是导致齿轮轴发生快速脆性断裂的主要原因。关键词：齿轮轴、断裂分析、组织20CrMnTiHGearAxleBreakAnalysisofCausesLIUJian,CHENHongyu,KOUZhixin,LiChunyu(Chengdelo

2、ngspecialsteelco.,Ltd.TechnicalDepartment,HebeiXinglong067201)Abstract:Inthisarticleusemacro-morphologyanalysis,chemicalanalysis,microstructureanalysisbymeansofthegearshaft20CrMnTiFailureAnalysis，Lastshowthematrixstrengthafterheattreatmentrelativetothecar

3、ryingcapacityoflowandworkstressintermsoflargergearshaftleadingtothemainreasonofrapidbrittlefracture.Keywords:GearshaftFractureAnalysisOrganization某公司用20CrMnTiH作为农用三轮车变速箱上的四轮曲轴齿轮主选材，安装该批齿轮轴的三轮车发生多起断轴现象，断轴时行使时间大约100小时。齿轮轴加工工艺：圆钢（直径为φ45mm）经冷剪下料反射炉加热模锻正火机加工渗碳

4、淬火180-200℃回火喷砂磨加工（花键外圆）尺寸检验合格发货。设计齿轮轴渗碳硬化层厚度0.6-1.0mm,齿面硬度58-64HRC，心部组织硬度33-40HRC。1试样的制备及试验方法对发生断裂的齿轮轴线切割取样，宏观检测端口表面形状，进行力学性能、化学成分和金相组织分析，找出发生断裂的原因。2试验结果分析2.1断裂齿轮轴成分分析化学成分见表1表1材料化学成分分析结果及标准规定对照（W/%）Tab1Chemicalcompositionanalysisandcontrolstandardrequirem

5、ents（W/%）CSiMnPSCrNiCuTi四轴0.210.240.880.0200.0121.070.0220.0140.05920CrMnTiH标准0.17-0.230.17-0.370.80-1.15≤0.035≤0.0351.00-1.35≤0.30≤0.250.04-0.10由表1看出：断裂齿轮轴的化学成份符合GB/T5216-2004中对20CrMnTiH钢的规范要求。2.2断裂齿轮轴力学性能在轴的表层和心部位置制取φ5mm拉伸试样进行常温拉伸力学性能试验，试验结果见表2，由表2知，材料心

6、部屈服强度、断后伸长率和断面收缩率略低于表层，但相差不大。参考GB/T3077对20CrMnTi钢淬火和低温回火后的力学性能要求，可看出齿轮轴基体热处理后的强度远低于该材料热处理后的参考值。表2力学性能试验结果与20CrMnTi参考值对照表Tab2Mechanicalperformancetestresultsandreferencetables20CrMnTi抗拉强度RM（MPa）规定费比例延伸强度Rp0.2（MPa）断后伸长率A（%）断后面缩率Z（%）四轴表层86060521.566.5心部86056

7、520.060.5GB/T3077参考值≥1080≥835≥10≥452.3断裂齿轮轴断口宏观形貌分析齿轮轴断裂位置及宏观断口形貌见图1，为横向断裂，断裂面位于花键齿起始的变截面台阶处。肉眼观察，断口上有较粗糙的辐射状花样，根据辐射状花样的收敛位置看出断裂方向，如图中箭头所示，断裂始自断齿变截面台阶根脚线开始，单向扩展直至断裂。断口呈闪晶状金属光泽，为宏观脆性断口。宏观形貌成略微漩涡形态的纤维放射状，四轴自表面向内扩展。宏观端口分析表明，齿轮轴断口是以扭曲为主的应力作用下自轴齿变截面台阶根脚线表面应力集中

8、位置开始的脆性断口。图1齿轮轴断裂位置和断口宏观形貌Fig1Gearshaftfracturelocationandmacro-fracturemorphology2.4断裂齿轮轴微观形貌分析齿轮轴微观断口形态如图2所示，SEM下高倍观察，断口为河流状穿晶解理和准解理断裂形态。根据河流状花样的形貌也可以看出，断裂起源于轴齿变截面台阶根脚线表面处，该区磨损严重，但从局部仍可以看到清晰的断口特征，为穿晶准解理断口，未见原始裂纹、沿