摘 要：通過斷口的宏觀及微觀形態與金相組織的分析，查明由于鍛件本身存在的缺陷，導致螺傘齒輪軸在淬火過程中產生裂紋，隨后裂紋沿徑向及軸向擴展，直至縱向貫穿性開裂。 關鍵詞：螺傘齒輪軸；裂紋；帶狀組織；缺陷 0 引言 一批材料為20Cr2Ni4的螺傘齒輪軸，共計5根，在熱處理工序的滲碳淬火+低溫回火結束后，間隔不同時間，全部發生了縱向貫穿性開裂。當前3根螺傘齒輪軸發生開裂后，對后2根螺傘齒輪軸的熱處理過程進行了跟蹤，在跟蹤過程中發現，螺傘齒輪軸在低溫回火結束后，間隔15min，在軸身（軸身為鍍銅防滲）中部首先出現軸向細小裂紋，然后裂紋沿軸向向兩端擴展，直至貫穿全身，裂紋深度為直徑的23。裂紋起始出現區域及取樣部位見圖1。 [align=center] 圖1開裂的螺傘齒輪軸[/align] 1 宏觀斷口分析 螺傘軸宏觀斷口形貌見圖2。首先可見斷口較干凈，沒有油污及其它污染，說明宏觀開裂產生在回火后。可見斷口明顯分為3部分，第2部分為工件近表面部分，斷口為灰色，較平坦，且有快速擴展的人字紋花樣，外表面處有剪唇，即為終裂區；第3部分為亮灰區，同為裂紋擴展區；第1部分斷口為灰褐色，較為粗糙，有凸凹不平的小棱面，凹坑內為灰褐色，且有光澤。從宏觀斷口的形貌、色澤、擴展方式，初步判斷第1部分為裂源區。 [align=center] 圖2螺傘軸宏觀斷口形貌[/align] 2 顯微分析 在斷口旁磨制軸向試樣，可見斷口一側2號、3號區裂紋較為平坦，而1號區裂紋為鋸齒狀，且裂紋旁有棱角狀孔洞和支裂紋，見圖3。 [align=center] 圖31號區裂紋旁情況100×[/align] 圖4為1號區軸向組織情況，可見有明顯的帶狀組織，這是材料的成分區域偏析所致，帶狀組織使鋼的橫向塑性、韌性明顯降低。 [align=center] 圖41號區軸向帶狀組織400×[/align] 3 掃描電鏡斷口分析 對1號區斷口進行掃描電鏡觀察，發現有較多不規則形狀的區域，見圖5。可見此缺陷表面光滑，很薄很脆，與基體結合不好，且其上有微裂紋、孔洞，經能譜微區分析，主要為Fe，含量為99.44%，其它元素為殘量。分析認為此為鍛件本身存在的缺陷，這種薄膜缺陷的存在將影響晶間結合力。同時在此區域發現有部分沿晶斷特征，見圖6，因此可進一步證實1號區為裂紋源區。 [align=center] 圖51號區SEM79.4× 圖61號區SEM500×[/align] 2號區斷口形貌：準解理+部分韌窩，其上有單個脆性夾雜物。 3號區斷口形貌：準解理+韌窩，其上發現有疏松不致密缺陷。 4 結論 （1）通過上述一系列試驗觀察，可以確定裂紋首先在1號區產生，然后沿徑向及軸向擴展，2號、3號區為裂紋擴展區。 （2）鋼中存在角狀孔洞、疏松等不致密缺陷，以及軸向不均勻性組織，都對機械性能產生不利影響。 （3）通過掃描電鏡斷口綜合分析，斷定鍛件中（1號區）存在不規則形狀的薄膜缺陷，其表面光滑，其上有微裂紋和孔洞。正是由于該缺陷的存在，極大地降低了此區域的晶間結合力，同時其上的微裂紋、孔洞成為危險的應力提升源。在隨后的熱處理過程中，尤其是在淬火過程中，工件將承受較大的熱應力，必然導致工件在缺陷處首先形成微裂紋，成為裂紋源區，并且部分以沿晶的方式擴展，在應力的不斷作用下，裂紋繼續沿徑向及軸向擴展，直至形成宏觀的縱向貫穿性裂紋。