(4.24)--案例4-ZG35SiMn钢齿轮断裂原因分析.pdf

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1、第6章 金属构件失效案例分析ZG35SiMn钢齿轮断裂原因分析31 背景介绍失效齿轮是某公司生产的锚机部件，同批共生产6件，分别为不同炉号钢水浇铸而成。该批锚机装船使用约8个月，在一次起锚时，突然1件锚机齿轮发生断齿。失效齿轮材质为ZG35SiMn钢，铸 坯 厚 度 约 120mm，其 制 造 工 序：铸 造 正 火(880 180min 空 冷)+调 质(880 190min 油 淬+550130min水冷)机械加工。42 宏观断口检验失效齿轮在承受最大弯曲应力的齿根部断裂，断口呈粗糙的颗粒状，无明显塑性变形，呈灰白色，属于脆性破断；其上无明显的裂纹起源标记，断口边缘未发现机加工缺陷，见图1

2、。宏观断口形貌5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（过热），晶粒度1级，其组织为铁素体和珠光体（非调质组织）。铁素体在晶界和晶内都存在，晶界上为长条形，晶内为块状。3 金相检验6线切割取样，试样经丙酮、超声波清洗，在JXA2840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；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。4 断口显微分析7从断齿上分别取样，进行化学成分分析，结果见表1。5 成分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.

3、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，造成沿晶断裂。86 分析与讨论从宏观断口看，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。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。96 分析与讨论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。化学成分分析表明，碳、锰、硅、磷含量偏高，碳、锰、磷促进晶粒长大，硅、磷在晶界偏析，弱化晶界，造成沿晶断裂。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。107 结论和建议结论：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，未进行调质处理；同时铸造齿轮坯中存在铸造缺陷，最终导致在起锚时锚机齿轮断裂。11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。7 结论和建议12谢谢大家！