变速箱齿轮幅部开裂分析

港机变速箱中的一斜齿轮，外径φ410mm，内孔为φ150mm，厚约100mm，材质为20CrMnMo。主要工艺过程为：锻造一正火一机加工一渗碳一非齿区剥碳层一淬火、回火。在最终热处理后的着色探伤时发现轮幅区有开裂现象：有沿圆周分布的长裂纹，也有沿幅板圆孔分布的环形裂纹，如图1所示。

在轮幅板部轴向取样，可见外表有一均匀分布的渗碳层，最外表为断续分布的氧化脱碳层，次表层为马氏体、残余奥氏体和颗粒及条状碳化物，组织明显偏析，见图2。沿偏析方向，白色条状碳化物参差向内延伸，局部很深，见图3。心部组织为低碳马氏体和小块状铁素体，铁素体呈带状分布，见图4。

在裂纹处法向取样，可看到裂纹较宽，呈曲折不连续发展，并有二次裂纹，见图14—196。裂纹两侧明显贫、脱碳，并可看到铁素体。几条次裂纹深度在1.95～2.30mm之间。

在本体上取样进行化学分析结果表明，材质系符合20CrMnMo技术要求。

由裂缝两侧未见有与外表层相同的渗碳组织，表明开裂发生在渗碳工艺以后。而裂缝两侧的脱碳又说明开裂已在最终热处理前发生。裂纹的宏观形貌呈现出较典型的淬火裂纹形态。

综合推断，开裂发生在渗碳后不正常冷却过程，而在最终热处理过程有所扩展。

材料的严重带状偏析是开裂的内因。基体偏析使渗层组织带状偏析发展。在组织转变过程中，在带状交界处会产生极大组织应力，往往形成裂源。

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图号：图1

说明：开裂齿轮实物形貌。箭头所示为裂纹。

图2 0MI  100×

图3 0MI  200×

图5 0MI  200× 

图5 0MI  200×

图号：图2～图5

说明：经4％硝酸酒精溶液浸蚀后的齿轮轮幅部显微组织形貌。有表面脱碳、条状偏析等缺陷。裂纹两侧有脱碳现象。