20CrMnMo钢齿轮的质量问题及其对策
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20CrMnTi圆钢加工开裂原因分析及改进措施王雷国;王建忠;姚建辉;杜敬洲【期刊名称】《金属世界》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】4页(P60-63)【作者】王雷国;王建忠;姚建辉;杜敬洲【作者单位】河钢邯钢品质管理部,河北邯郸 056015;河钢邯钢品质管理部,河北邯郸 056015;河钢邯钢品质管理部,河北邯郸 056015;河钢邯钢品质管理部,河北邯郸 056015【正文语种】中文渗碳钢20CrMnTi淬透性较高,经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部,具有较高的低温冲击韧性,正火后可切削性良好,抗疲劳性能相当好,被广泛用于制造承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件,如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。
邯钢一炼钢厂有一台200 mm×200 mm断面方坯连铸机,具有中间包连续测温、结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌等功能。
大型轧钢厂棒材生产线全线轧机能够实现全线无扭控制轧制,轧线上设有测径仪,可保证产品尺寸精度。
邯钢大型轧钢厂棒材生产线于2011年3月投产,年设计生产能力为80万t,产品规格为φ12~90 mm圆钢,其中20CrMnTi占全部产量的5%。
但是该品种自生产以来,断续在使用过程中发生了几起较为典型的加工开裂问题,经过系列分析,找出了导致加工开裂的原因,并制定了改进措施,使加工开裂问题得到控制。
原因分析根据加工开裂质量异议处理情况,认为导致20CrMnTi加工开裂原因主要分为炼钢原因、轧钢原因和用户加工原因。
其中,20CrMnTi的化学成分要求见表1。
炼钢原因某用户反馈的棒材20CrMnTi在锻造、辗环过程发生纵向裂纹(见图1),用户加工工艺为:圆钢—中频加热—下料—锻打—辗环—机加工—热处理。
从缺陷试样上切取金相试样进行裂纹缺陷分析(见图2),裂纹深度为2.61 mm,裂纹头部宽度0.57 mm,裂纹周围可见大量氧化物质点,裂纹周围组织存在严重脱碳,判定该裂纹缺陷为铸坯裂纹。
1. 概述20CrMnMo是一种常用的合金结构钢,具有较高的强度和硬度,广泛用于制造各种齿轮零件。
在实际工作中,齿轮通常处于高强度、高速度、高温度等苛刻的工作条件下。
了解20CrMnMo齿轮在不同工作条件下的性能表现对于提高齿轮的使用寿命具有重要意义。
2. 高强度要求在工程机械、汽车、航空航天等领域,20CrMnMo齿轮通常需要承受较高的载荷和冲击。
这就要求齿轮材料具有足够的强度和韧性,以保证齿轮在工作中不易发生断裂或变形。
20CrMnMo钢具有较高的强度,可以满足齿轮在高载荷和冲击下的使用要求。
3. 高速度要求在一些工业设备中,齿轮需要以较高的转速工作,这就对齿轮的耐磨性能提出了较高的要求。
20CrMnMo齿轮具有良好的耐磨性能,可以适应高速度工作条件下的需求。
4. 高温度要求在一些特殊环境中,齿轮可能需要在较高的温度下工作,例如高温熔炼设备、高温润滑环境等。
20CrMnMo合金结构钢具有较好的高温强度和热稳定性,能够适应高温工作条件下的使用需求。
5. 总结在工程实践中,20CrMnMo齿轮的工作条件通常是多种因素综合作用的结果,需要综合考虑其强度、硬度、韧性、耐磨性、高温性能等多方面因素。
在实际设计和使用过程中,应根据具体工作条件对齿轮材料和热处理工艺进行合理的选择和设计,以确保齿轮在各种工作条件下都能够正常运行并具有较长的使用寿命。
还需注意齿轮使用过程中的维护和保养工作,及时检查和更换磨损严重的齿轮零件,以确保齿轮系统的可靠性和安全性。
6. 热处理对20CrMnMo齿轮的影响20CrMnMo齿轮在使用前通常需要经过热处理工艺,以提高其强度、硬度和耐磨性。
热处理工艺对20CrMnMo齿轮的性能具有重要影响,一般包括热处理温度、冷却速度和时效处理等环节。
6.1 热处理温度对20CrMnMo齿轮进行热处理时,热处理温度的选择对最终的组织结构和性能具有较大影响。
通常情况下,热处理温度会根据钢的化学成分和工作要求进行合理选择。
20CrMnMo齿轮渗碳淬火对渗碳质量影响论文摘要: 20CrMnMo齿轮渗碳淬火,受成分、设备、工艺和冷却方式影响。
生产实践证明,在保证炉子的保温、密封、排气良好的情况下,通过对工艺参数的优化改进,选择专用淬火油,可得到性能优良的淬火齿轮。
一、前言齿轮是我们日常生活中接触到的较多的机械产品,它的性能的好坏对产品的机械性能起着重要作用。
齿轮在渗碳淬火过程中,可能出现的问题很多,主要表现在以下几个方面:淬火后硬度不够、渗层深度不够、淬火后心部硬度过高、变形大、油淬后表面光亮度不够甚至开裂。
影响淬火质量的因素有很多,比如原材料成分、热处理工艺以及淬火后的冷却过程。
本文主要论述以上几个方面对齿轮渗碳淬火质量的影响。
二、材料成分对齿轮渗碳淬火质量的影响2.1 材料成分对心部硬度的影响20CrMnMo齿轮的主要合金元素是Cr、Mn和Mo元素。
Mo和Cr元素可以大大降低渗碳层中贝氏体形成的敏感性,Mn元素可以提高淬透性。
虽然Mn元素对提高心部淬透性来说是最经济有效的元素,但是Mn含量过多会产生如淬透性带失控等问题,淬透性越高,畸变量越大,因此要严格控制合金元素含量。
2.2 材料成分对内氧化的影响在热处理期间,在合金表面的下方形成氧化物的现象称为内氧化。
在气体渗碳中,Mn和Cr是容易与介质中的氧原子发生氧化的元素,所形成的氧化物会导致钢表层的合金元素流失,Mo元素则对内氧化的影响较小。
对于Mn元素,它的流失会导致淬透性降低,以及表层中非马氏体组织(在渗碳淬火件表面中经常出现连续或不连续的网状或块状黑色组织,此处恰好不是表层压应力最大的区域,被公认是由于内氧化而贫化合金元素导致形成屈氏体类组织,也被成为非马氏体组织)的形成;Cr元素的损失则使渗层中碳化物的形成变得困难。
只要表面转变为马氏体组织,较浅的表面氧化对疲劳特性无明显影响,而严重的氧化会因从奥氏体中消耗大量的合金元素而降低其淬透性,导致形成其它一些非马氏体组织(如屈氏体、珠光体组织),这些组织会降低表面压应力,对疲劳性能不利。
20CrMnTi质量提高技术报告一、前言齿轮钢一般为低碳、低合金优质或高级优质结构钢,其工作条件:(1)齿轮钢工作时,以啮合点到齿根的整个齿面均受有脉动的弯曲应力作用,而在齿根危险端面上造成最大的弯曲应力,可使齿轮产生弯曲疲劳破坏,破坏形式是齿断。
(2)齿轮工作时,通过接触传递动力,在接触应力反复作用下,会使工作齿面产生接触疲劳破坏,破坏形式主要有麻点剥落于磁化剥落两种。
(3)齿轮钢工作时,两齿面相对运动产生摩擦力,因而要求点面有较高的耐磨性。
(4)齿轮工作时,有时还会受强烈的冲击载荷,要求齿轮钢有较高的韧性。
为满足齿轮复杂的工作条件的要求,齿轮钢应具有高的耐磨性,接触疲劳强度,弯曲疲劳强度,而且还应具有较高的塑性和韧性,所以齿轮钢的生产工艺必须与齿轮钢性能要求相匹配,对其冶炼工艺作以下要求:(1)冶炼上满足低碳。
碳含量一般为0.10-0.25%之间,渗碳钢的碳含量是渗碳钢心部的碳含量,这对于保证心部有足够的塑性和韧性十分必要,若含碳量过高,则心部的塑性和韧性下降,并使表面的压应力减少,从而降低弯曲疲劳强度。
(2)加入提高淬透性的合金元素。
提高心部的强度,提高齿轮的承载能力,并防止渗碳层剥落,而心部的强度则取决于钢中含碳量及淬透性,当淬透性足够时,心部系列全部位错马氏体组织,而当淬透性不足时,则出现非马氏体组织,因此冶炼中常加入铬铁、锰、硅、钙、钛等合金元素来提高其淬透性,同时铬、锰等碳化物形成元素还具有提高渗碳层的碳浓度,渗层厚度,渗入速度等作用。
(3)加入阻止奥氏体晶粒长大的元素。
由于渗碳操作是在910-930℃的高温下进行的,位阻止奥氏体晶粒长大,渗碳钢常加入钒、钛等阻止锰在钢中具有的促进奥氏体晶粒长大倾向性的元素。
通过提高20CrMnTi齿轮钢质量,为八钢增加产品品种,又使八钢具备生产工业用钢的能力,增强八钢的市场竞争能力和可持续发展能力。
二、20CrMnTi钢生产的要求和条件1、八钢的生产装备情况电炉炼钢厂装备有一座70t/60MV A超高功率直流电弧炉,一座70t/13MV A钢包精炼炉、一台R8m/16m四机四流合金钢小方坯连铸机,140×140 mm2、150×150 mm2,电炉可以冶炼优质碳素结构钢、低合金钢、合金结构钢、弹簧钢和抽油杆钢。
徐州科源液压股份有限公司生产的合金钢齿轮,表层经渗碳淬火硬化后,在磨齿轮端面时发现裂纹、剥落及烧伤痕迹。
根据齿轮渗碳层金相组织的显微分析,可以看出组织为马氏体、残余奥氏体和碳化物。
其中,残余奥氏体含量(体积分数)约在30%,碳化物级别为3级。
按照《JB/T6141.3-1992重载齿轮渗碳金相检验》标准评判,此金相组织为4级,残余奥氏体含量较高,致使磨削时组织转变量较多,表面应力较大,存在磨削裂纹潜在危险。
1显微组织观察与显微硬度测试1.1显微组织分析根据齿轮心部的显微分析,看到组织为板条状马氏体。
根据表面组织的显微分析,可以看出磨削平面表层为一较薄的亮层,次表层为颜色较暗的回火层。
再往里才过渡到低温回火处理的正常组织。
组织分布说明,零件磨削过程中,表层已被加热到奥氏体温度,因未经回火,质地坚硬,难以腐蚀,故在金相试样上呈白亮层。
白亮层为二次淬火形成的马氏体组织。
该组织的形成是由于磨削区磨削进给量非常大或冷却不足时,磨削区的温度非常高,达到了奥氏体化临界温度以上,随后冷却时形成了淬火马氏体组织。
此时,组织变化造成体积比随之变化,产生了压应力。
次表层温度虽也较高,但在相变温度下却高于低温回火温度,故在磨削过程中继续回火转变,成为回火索氏体和回火屈氏体。
该组织容易接受腐蚀,在金相试样上呈暗黑色,受磨削热的影响,温度可达到200~500℃,致使残留奥氏体转变生成马氏体。
这一转变使体积比增大,在工件内部产生相变应力,再加上砂轮磨削工件时所造成的撕裂应力,造成磨削裂纹。
1.2硬度及渗碳层深度检测切割制样,对截面试样进行硬度检测,即在垂直于磨削平面的深度上测其显微硬度。
根据测量结果,表面白亮层硬度很高;次层的低硬度与回火温度相对应;往内部的低温回火过渡时,硬度却又升高,并在一定深度范围内保持一定值;直到超过渗碳层后,硬度值逐渐下降。
金相法测得渗碳层深1.2~1.4mm ,符合技术要求。
1.3裂纹微观形貌磨削裂纹断面清洁而无氧化色,呈脆性形态的断口形貌。
20CrMnMo钢齿轮开裂原因分析
陈亮;谭小明;樊洋;陈金龙;李平平
【期刊名称】《机车车辆工艺》
【年(卷),期】2015(000)006
【摘要】采用化学成分分析、显微维氏硬度测试、金相显微镜、扫描电子显微镜及残余应力分析等方法对20CrMnMo钢齿轮表面开裂成因进行了分析.分析结果表明:整个断口呈2次断裂特征,裂纹源位于大孔端面齿根部位,垂直于齿根径向扩展,断裂以沿晶断裂为主;热处理的热应力、组织应力及装配应力耦合从强度较低的齿根部得到释放,然后出现微裂纹并进行扩展,逐步贯穿整个齿轮,导致齿轮失效.
【总页数】3页(P40-42)
【作者】陈亮;谭小明;樊洋;陈金龙;李平平
【作者单位】南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,江苏常州213011;南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,江苏常州213011;南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,江苏常州213011;南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,江苏常州213011;南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,江苏常州213011
【正文语种】中文
【中图分类】TG162.73
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20CrMnMo小齿轮渗碳裂纹的产生及消除冯玲【摘要】我厂五缸柱塞泵小齿轮材质为20CrMnMo,技术要求为:轴部调质硬度310~350HBW,齿面渗碳淬火,硬度60~64HRC,心部硬度37~42HRC,保证有效淬硬层深1.5~2mm。
小齿轮经渗碳淬火后,在疲劳性能试验过程中只运转了26h即发现轮齿点蚀严重,甚至断裂。
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小齿轮经渗碳淬火后,在疲劳性能试验过程中只运转了26h即发现轮齿点蚀严重,甚至断裂。
取小齿轮横截面,腐蚀后,肉眼就能观察到沿轮齿渗碳处有很多细小的裂纹(见图1)。
放大12.5倍可以观察到,裂纹多分布在齿根,如图2所示,并且有很多是未开放性裂纹(见图3),未开口的裂纹呈网状分布在渗层的过渡区。
经分析,齿轮的化学成分符合GB/T3077要求。
齿轮渗碳层深1.8mm,碳化物1~2级,均符合要求。
小齿轮经渗碳后,渗层中含碳量远高于心部,同时,渗碳层内的奥氏体也具有不同的饱和碳量,因而渗层中不同区域的奥氏体的稳定性和转变机制不一样,这就造成了钢件冷却后渗碳层内组织结构不均匀,内应力较大。
在一定的冷却速度下,渗碳表面的过共析层先冷缩并转变为托氏体+碳化物组织,在随后的冷却过程中,内层较稳定的奥氏体转变为马氏体,体积胀大,渗碳层到心部的过渡层又得到索氏体或托氏体,从而使表面的托氏体和碳化物层受到很大的拉应力作用,工件受力情况如图4所示。