爬爬网解析:金相检验从断齿上取金相试样,经磨、抛光后用4硝酸酒精溶液侵蚀。侵蚀后肉眼就可看到粗大晶粒特征。在100倍光学显微镜下,晶粒异常粗大,整个视场都不能观察到一个完整的晶粒。根据YB27-77标准图谱评级,晶粒度>1级,其组织为铁素体和珠光体。铁素体在晶界和晶内都存在,晶界上钢齿轮断裂原因分析侵蚀后的金相试样Fig.2Tg断齿金相组织100@Fig.呈长条形,晶内为块状。
断口显微分析线切割取样,试样经丙酮、超声波清洗,在JXA-840扫描电镜下观察,可见断裂以穿晶解理为主,局部存在沿晶断裂,晶粒明显长大,断面上存在沿晶断裂的二次裂纹;低倍下解理扇异常粗大;齿轮坯在铸造过程中还存在疏松缺陷。
断口扫描电镜形貌Fig.4FractureappearancebySEM2原因分析化学成分分析表明,该齿轮材料的碳含量超出标准0.006,锰超出0.233,硅超出0.196,磷超出0.010.碳、锰、磷含量偏高会促进晶粒长大,硅、磷含量偏高还会在晶界偏析,弱化晶界,造成疏松缺陷电镜扫描形貌Fig.5SEMappearanceofporositydefects沿晶断裂。从宏观断口看,断口边缘无剪切唇,无明显塑性变形,断口呈粗糙的颗粒状,为脆性断裂。硬度试验结果显示,该齿轮齿顶与齿根部的硬度无明显差别。金相检验结果表明,其组织为粗大的珠光体铁素体,晶粒异常粗大,晶粒度>1级,说明失效齿轮未进行调质处理,且正火过程未能改善粗大的铸态组织。断口微观分析试验说明该断裂以穿晶解理为主,局部存在沿晶断裂,且有疏松等铸造缺陷存在。组织粗大和铸造缺陷的存在,使齿轮抵抗外力的能力进一步下降,最终导致齿轮断裂。
齿轮材料中碳、锰、磷含量偏高,加之浇铸温度偏高,冷却速度偏慢,导致铸态组织过热,晶粒粗大,随后的热处理又未能改善粗大的铸态组织;同时铸造齿轮坯中又存在铸造缺陷,因此导致在起锚时锚机齿轮断裂。
建议在冶炼时要严格将化学成分控制在标准范围之内,防止成分超标,在浇铸过程中,要严格执行工艺规范,减少铸造缺陷,以得到均匀细化的铸态组织。当铸件在浇注后产生了过热的粗大组织时,应当采取有效的正火方式消除铸态组织。如果铸件需要综合力学性能,建议在正火之后还要进行一次调质处理。
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