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1、萬 能 軋 機 齒 輪 軸 失 效 分 析 吳 安 術攀 鋼 集 團 攀 枝 花 鋼 鐵 研 究 院2006年 8月 目 錄 1 引 言2 理 化 檢 驗 2.1 斷 口 宏 觀 檢 驗 2.2 低 倍 檢 驗 2.3 金 相 組 織 檢 驗 2.4 斷 口 微 觀 檢 驗 2.5 力 學 試 驗 2.6 化 學 成 分 分 析3 分 析 與 討 論4 結 論 1 引 言圖 1 萬 能 軋 機 雙 排 人 字 齒 輪 軸 劈 裂 形 貌直 徑 : 860mm 材 質 :17CrMnMo6 2.1 斷 口 宏 觀 檢 驗圖 2 劈 裂 斷 口 形 貌 圖 3 圖 2局 部 放 大 放 射 痕 暗

2、 灰 色 圓 形 斑 點 斷 裂 源 2.2 低 倍 檢 驗齒 輪 軸 近 中 心 部 位 圖 2右 邊 集 中 小 圓 形 斑 下 層 部 位圖 4 白 點 裂 紋 低 倍 形 貌 4 2.3 金 相 組 織 檢 驗圖 5 鋸 切 時 ,圖 2中 上 邊 的 臺 階 自 然 分 離脫 落 的 光 滑 圓 形 斑 形 貌 2 2.3 金 相 組 織 檢 驗圖 6 圖 4(左 )中 取 向 不 同 的 裂 紋 顯 微 形 貌 2.3 金 相 組 織 檢 驗 圖 7 齒 輪 軸 貝 氏 體 +鐵 素 體 組 織 形 貌 2.4 斷 口 微 觀 檢 驗 圖 8 圖 3斷 裂 源 區(qū) 電 鏡 形 貌

3、2.4 斷 口 微 觀 檢 驗圖 9 圓 形 斑 外 圍 的 準 解 理 斷 口 形 貌 2.4 斷 口 微 觀 檢 驗圖 10 裂 紋 擴 展 區(qū) 的 解 理 形 貌 2.5 力 學 檢 驗 力 學 性 能 試 驗 結 果 （ 均 值 ） 試 驗 狀 態(tài) Rp0.2（ Mpa ） Rm（ Mpa） A（ %） Z（ %） 常 規(guī) 拉 伸 515 830 13.5 24.0 慢 速 拉 伸 - 820 12.0 16.5 去 氫 拉 伸 520 850 19.5 53.0 注 :常 規(guī) 拉 伸 5支 ;慢 速 拉 伸 3支 ;去 氫 拉 伸 4支 . 2.5 力 學 檢 驗 式 中 ： （ %

4、Z） u -去 氫 試 樣 的 拉 伸 延 性 （ %Z） c -未 去 氫 試 樣 的 拉 伸 延 性 E 在 0-1之 間 變 化 ， E 越 大 ， 則 氫 脆 敏 感 性 高 。 齒 輪 軸 的 脆 化 系 數 ： uZ cZuZE )(% )(%)(% 脆 化 系 數 ： 55.00.53 0.240.53 E說 明 齒 輪 軸 材 料 已 經 脆 化 。 2.6 化 學 分 析 齒 輪 軸 的 化 學 成 分元 素 C Si Mn P S Cr Ni Mo輪 軸 0.187 0.307 0.564 0.013 0.0056 1.65 1.51 0.288DIN標 準 0.14/0.

5、19 0 0.15/0.40 0.40/0.60 0.035 0.035 1.50/1.80 1.40/1.70 0.25/0.35 非 指 定 的 元 素 含 量 Cu： 0.240%、 As： 0.422%和 Sn： 0.013%； 較 高 的 As和 Sn會 增 加 鋼 的 回 火 脆 性 。 3 分 析 與 討 論雜 質 元 素 As和 Sn與 氫 的 共 同 作 用 降 低 了 晶 界 的 斷裂 抗 力 ， 加 劇 氫 脆 效 應 。圓 形 斑 -斷 口不 同 取 向 的 內 裂 -低 倍不 連 續(xù) 裂 紋 -金 相波 紋 花 樣 和 條 紋 花 樣 -微 觀 劈 裂 機 理原 子

6、態(tài) 氫 分 子 態(tài) 氫 體 積 膨 脹內 壓 增 大 晶 格 滑 移 顯 微 裂 紋二 維 擴 展 動 態(tài) 平 衡 停 止 擴 展波 紋 花 樣 條 紋 花 樣 圓 形 斑 劈 裂 機 理n 在 氫 壓 作 用 下 ， 裂 紋 尖 端 的 大 塑 性 區(qū) 形 成 多 個斷 裂 源 ， 擴 展 形 成 多 個 小 裂 面 和 二 次 裂 紋 。 小裂 面 上 和 小 裂 面 之 間 存 在 細 小 撕 裂 棱 ， 其 裂 紋擴 展 的 阻 力 大 ， 推 進 量 小 ， 形 成 圓 形 斑 外 圍 為準 解 理 特 征 。n 鋼 中 氫 含 量 較 低 的 部 位 ， 合 成 氫 產 生 的 內

7、 壓 低于 材 料 的 臨 界 應 力 ， 不 會 將 鋼 脹 裂 形 成 白 點 ，但 聚 集 的 氫 使 材 料 產 生 應 力 梯 度 ， 造 成 局 部 的內 應 力 和 應 變 ， 降 低 了 材 料 的 拉 伸 延 性 。 這 是齒 輪 軸 的 常 規(guī) 拉 伸 延 性 比 時 效 處 理 后 拉 伸 延 性低 以 及 慢 拉 伸 的 延 性 比 常 規(guī) 拉 伸 低 的 原 因 ， 進一 步 證 明 了 氫 致 脆 化 效 應 。 4 結 論1） 齒 輪 軸 早 期 劈 裂 是 鋼 中 白 點 造 成 的 。2） 慢 速 拉 伸 和 常 規(guī) 拉 伸 材 料 的 延 性 低 于 去氫 處 理 的 拉 伸 延 性 ， 證 實 了 齒 輪 軸 已 發(fā)生 了 氫 致 脆 化 。3） 齒 輪 軸 中 含 量 較 高 的 As和 Sn與 氫 共 同 作用 加 劇 了 脆 化 效 應 。4） 在 強 度 和 硬 度 較 高 的 齒 輪 軸 中 ， 產 生 白點 所 需 的 臨 界 氫 含 量 隨 鋼 的 純 凈 度 提 高而 降 低 。 Thank you for your attention!