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简单分析20CrMnTi钢齿轮高频感应加热机热处理工艺的过程
发布人:admin   发布时间:2020-06-09 17:59:52    【

主动锥齿轮是汽车或动力机械传递动力和速度的重要零件,工件材料为20CrMnTi钢。齿轮采用高频感应加热机进行表面强化,要求共渗表面强化,要求共渗层深度为0.6-0.9mm,表面硬度为59-63HRC,心部硬度33-48HRC,中发现,齿轮高频感应加热机热处理后一定时间或在使用中,齿*****出现氢脆剥现氢脆剥落现象,或称齿尖脱皮或胀皮脱落;有的齿轮出现氢脆裂纹和断裂失效,造成工呢氢脆裂纹和断裂失效,造成工件报废。

检验发现,齿轮装配后在螺纹空刀槽与花键连接R1处发生断裂,断口齐平,无氧化色泽,无塑性变形,呈结晶状脆性断裂。从断口微观观察发现,晶面呈现微细的爪状撕裂线,裂纹一方面沿晶扩展,一方面又沿马氏体束延伸,呈现既沿晶又穿晶的混合料裂形貌,并有较多的二次裂纹,呈典型的氢脆断裂特征。金相检验发现,基体组织为低碳马氏体组织,裂纹沿晶粒边界由外向内发展。断裂齿轮残留应力测试表明,工件表商为压应力,内部为拉应力,在工件螺纹根部尖角处和螺纹与花键连接过渡R1处是齿轮应力集中部位,其残留应力值很高,因而造成工件在此处断裂;电子扫描电镜检查发现,在工件高频感应加热机热处理后,材料夹杂物较多,并且出现Cr、Mn元素一定程度的偏析缺陷。

通过上述检验分析,可以确定齿轮断裂属于氢致断裂的静载疲劳断裂;齿轮断裂失效原因是由于高频感应加热机热处理时氢气渗入,在工件装配时锁紧力和工件残留应力作用下,氢气渗入应力集中区域并聚集,造成氢含量高的部位(表面与次表面)出现微裂纹。该区域同时存在夹杂、刀痕、尖角缺陷,是工件强度薄弱而应力集中处。萌生裂纹在应力作用下迅速扩展,导致氢致脆性断裂失效。

根据以上分析,提出防止齿轮氢脆断裂工艺改进措施如下:(1)脱氢处理。工件经不同高频感应加热机热处理工艺处理后,氢脆严重,钢的断面收缩率很低,脱氢处理后,工件性能恢复,重新加热后工件不再出现氢脆缺陷。(2)低温加热脱氢。试件经180aC不同时间加热处理氢气析出情况可以看出,随加热时间延长,断面收缩率上升,加热8h后断面收缩率恢复原水平;另外,热轧态组织析出氢较慢,说明氢脆与原始组织有关。(3)自然时效脱氢。含氢工件在室温放置,过饱和氢迳饱和氢逐渐释放析出,其氢脆危害减轻。从两种不同高频感应加热机工艺处理状态工件,经3个月和6 个月后断面收缩率恢复情况,可以看出,加热恢复较快,3个月后已基本恢复;热轧态6个月后断面收缩率明显恢复。该方法表明,自然时效消除氢脆作用是显著的。


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