摘 要：通過斷口的宏觀及微觀形態(tài)與金相組織的分析，查明由于鍛件本身存在的缺陷，導(dǎo)致螺傘齒輪軸在淬火過程中產(chǎn)生裂紋，隨后裂紋沿徑向及軸向擴展，直至縱向貫穿性開裂。 關(guān)鍵詞：螺傘齒輪軸；裂紋；帶狀組織；缺陷 0 引言 一批材料為20Cr2Ni4的螺傘齒輪軸，共計5根，在熱處理工序的滲碳淬火+低溫回火結(jié)束后，間隔不同時間，全部發(fā)生了縱向貫穿性開裂。當(dāng)前3根螺傘齒輪軸發(fā)生開裂后，對后2根螺傘齒輪軸的熱處理過程進行了跟蹤，在跟蹤過程中發(fā)現(xiàn)，螺傘齒輪軸在低溫回火結(jié)束后，間隔15min，在軸身（軸身為鍍銅防滲）中部首先出現(xiàn)軸向細小裂紋，然后裂紋沿軸向向兩端擴展，直至貫穿全身，裂紋深度為直徑的23。裂紋起始出現(xiàn)區(qū)域及取樣部位見圖1。 [align=center] 圖1開裂的螺傘齒輪軸[/align] 1 宏觀斷口分析 螺傘軸宏觀斷口形貌見圖2。首先可見斷口較干凈，沒有油污及其它污染，說明宏觀開裂產(chǎn)生在回火后。可見斷口明顯分為3部分，第2部分為工件近表面部分，斷口為灰色，較平坦，且有快速擴展的人字紋花樣，外表面處有剪唇，即為終裂區(qū)；第3部分為亮灰區(qū)，同為裂紋擴展區(qū)；第1部分?jǐn)嗫跒榛液稚^為粗糙，有凸凹不平的小棱面，凹坑內(nèi)為灰褐色，且有光澤。從宏觀斷口的形貌、色澤、擴展方式，初步判斷第1部分為裂源區(qū)。 [align=center] 圖2螺傘軸宏觀斷口形貌[/align] 2 顯微分析 在斷口旁磨制軸向試樣，可見斷口一側(cè)2號、3號區(qū)裂紋較為平坦，而1號區(qū)裂紋為鋸齒狀，且裂紋旁有棱角狀孔洞和支裂紋，見圖3。 [align=center] 圖31號區(qū)裂紋旁情況100×[/align] 圖4為1號區(qū)軸向組織情況，可見有明顯的帶狀組織，這是材料的成分區(qū)域偏析所致，帶狀組織使鋼的橫向塑性、韌性明顯降低。 [align=center] 圖41號區(qū)軸向帶狀組織400×[/align] 3 掃描電鏡斷口分析 對1號區(qū)斷口進行掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)有較多不規(guī)則形狀的區(qū)域，見圖5。可見此缺陷表面光滑，很薄很脆，與基體結(jié)合不好，且其上有微裂紋、孔洞，經(jīng)能譜微區(qū)分析，主要為Fe，含量為99.44%，其它元素為殘量。分析認為此為鍛件本身存在的缺陷，這種薄膜缺陷的存在將影響晶間結(jié)合力。同時在此區(qū)域發(fā)現(xiàn)有部分沿晶斷特征，見圖6，因此可進一步證實1號區(qū)為裂紋源區(qū)。 [align=center] 圖51號區(qū)SEM79.4× 圖61號區(qū)SEM500×[/align] 2號區(qū)斷口形貌：準(zhǔn)解理+部分韌窩，其上有單個脆性夾雜物。 3號區(qū)斷口形貌：準(zhǔn)解理+韌窩，其上發(fā)現(xiàn)有疏松不致密缺陷。 4 結(jié)論 （1）通過上述一系列試驗觀察，可以確定裂紋首先在1號區(qū)產(chǎn)生，然后沿徑向及軸向擴展，2號、3號區(qū)為裂紋擴展區(qū)。 （2）鋼中存在角狀孔洞、疏松等不致密缺陷，以及軸向不均勻性組織，都對機械性能產(chǎn)生不利影響。 （3）通過掃描電鏡斷口綜合分析，斷定鍛件中（1號區(qū)）存在不規(guī)則形狀的薄膜缺陷，其表面光滑，其上有微裂紋和孔洞。正是由于該缺陷的存在，極大地降低了此區(qū)域的晶間結(jié)合力，同時其上的微裂紋、孔洞成為危險的應(yīng)力提升源。在隨后的熱處理過程中，尤其是在淬火過程中，工件將承受較大的熱應(yīng)力，必然導(dǎo)致工件在缺陷處首先形成微裂紋，成為裂紋源區(qū)，并且部分以沿晶的方式擴展，在應(yīng)力的不斷作用下，裂紋繼續(xù)沿徑向及軸向擴展，直至形成宏觀的縱向貫穿性裂紋。