齿轮轴剥落失效用高频退火炉热处理进行防治

某齿轮轴是齿轮箱机构的重要零件，工件材料为20CrMnMo钢。工件尺寸：齿顶圆直径为巾175mm，齿轮轴长400mm，模数为9mm，齿数为16。工件加工流程为：锻造一920℃正火一机加工一920℃渗碳一机加工一860℃盐浴加热淬油一170℃回火一机加工。工件热处理后齿面硬度为59 -60HRC，心部硬度为32--3HRC， 渗碳层深度为1. 50 - 1. 60mm。生产中发现，齿轮轴使用8 个月后，出现严重齿面剥落、网状裂纹和塑性变形压痕缺陷早期失效。齿轮轴宏观检验发现，7个相邻齿上出现大块沟状剥落、网状裂纹和塑性变形痕，且网状裂纹呈现脱落迹象，齿面上 出现多条磨齿裂纹；其他齿在1/5齿面处出现上述同样缺陷损坏；磨齿裂纹两侧出网状裂纹，剥落主要由磨齿裂纹引起，面剥落处磨齿处裂纹众多，其他齿面裂冀较少；剥落齿横截面表皮下可见裂纹分布，裂纹与齿面基本平行并延伸至齿面。金相检验发现，剥落齿面自表面至深0.5mm处出现多处沿晶裂纹，该处组织为马氏体+碳化物+体积分数约15%的残留奥氏体，有时发现下贝氏体组织；该处往里，出现大量残留奥氏体，体积分数约为40%左右。观察发现，出现剥落齿面部位马氏体针粗大，并且残留奥氏体量比正常组织显著增多。这表明齿轮剥落处加热温度过高，加热中工件出现局部过热，过热部位正好是齿轮剥落失效部位。

分析认为，齿轮轴淬火加热中出现过热现象，淬火后该处产生粗大马氏体针和大量残留奥氏体，在磨齿时产生的热应力促使残留奥氏体转变为马氏体，转变中的相变应力使齿面出现磨齿裂纹或在渗碳层内产生沿晶裂纹缺陷。齿轮轴运转时，在交变接触应力作用下裂纹扩展延伸，在磨齿裂纹两边出现新裂纹，从而形成网状裂纹，并发展造成硬化层剥落；此外，渗碳层内裂纹在内、外应力作用下裂纹扩展并且数量增多，促进硬化层产生剥落损坏。

从齿轮轴热处理加热方式分析工件缺陷失效特点与原因。齿轮轴一端朝下加热，靠近炉底部炉温过高，使下部齿轮轴加热温度偏高，这是由于炉底残渣较多造成的。分析后选用高频退火炉淬火，齿轮轴加热中，因工件尺寸大，但也不会造成齿轮加工时间长过热。

为防止齿轮轴缺陷失效，防止措施如下：

(1)工件严格按高频退火炉热处理工艺规范操作，防止工件出现过热过烧缺陷。

(2)在盐浴加热中，防止工件离电极位置太近，以保证工件加热温度均匀一致。

(3)盐炉加热生产中应定期捞渣、清理炉底，防止因炉渣堆积或炉渣过多使炉底温度偏高，以及炉渣对工件的腐蚀破坏作用。