20CrMnTi钢齿轮轴开裂失效分析

doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.09.048

金属热处理 ›› 2025, Vol. 50 ›› Issue (9): 303-307.DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2025.09.048

20CrMnTi钢齿轮轴开裂失效分析

王荣发¹, 朱伟恒², 魏兴钊²

1.顺德职业技术大学设计学院, 广东顺德 528300;
2.华南理工大学材料科学与工程学院, 广东广州 510640

收稿日期:2025-04-16 修回日期:2025-07-23 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-10-13
通讯作者: 朱伟恒,实验师,硕士,E-mail:zhuwh@scut.edu.cn
作者简介:王荣发(1980—),男,副教授,硕士,主要研究方向为金属材料加工工艺和标准研制,E-mail: 31424582@qq.com。

Cracking failure analysis of 20CrMnTi steel gear shaft

Wang Rongfa¹, Zhu Weiheng², Wei Xingzhao²

1. School of Design, Shunde Polytechnic University, Shunde Guangdong 528300, China;
2. School of Materials Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510640, China

Received:2025-04-16 Revised:2025-07-23 Online:2025-09-25 Published:2025-10-13

摘要/Abstract

摘要： 通过组织观察、化学成分分析、碳氮共渗层深度及硬度测定,对20CrMnTi钢齿轮轴完成精加工后的轴向开裂原因进行分析。结果表明,齿轮轴的渗层组织主要为回火马氏体+少量残留奥氏体+二次碳化物,心部区域则由回火马氏体+铁素体组成,表层洛氏硬度为62.5 HRC,渗层有效硬化层深度约为0.73 mm,其化学成分、热处理工艺正常。齿轮轴的开裂出现在热处理前的锻造加工过程,不当的锻造工艺是出现开裂的主要原因。

关键词: 齿轮轴, 开裂, 锻造, 组织

Abstract: Axial cracking reasons of 20CrMnTi steel gear shaft after fine machining were analyzed by means of microstructure observation, chemical composition analysis, carbonitriding layer depth and hardness measurement. The results show that the carbonitrided layer of the gear shaft is primarily tempered martensite with a trace amount of retained austenite and proeutectoid cementite, while the core zone of the gear shaft is composed of tempered martensite and ferrite, with a surface Rockwell hardness of 62.5 HRC and an effective case depth of roughly 0.73 mm, The results further show that the raw materials and heat treatment procedure for the gear shaft are both normal. The gear shaft cracking appears in the forging process, with incorrect forging technique serving as the primary cause of the cracking.

Key words: gear shaft, cracking, forging, microstructure

中图分类号:

TG156.8

王荣发, 朱伟恒, 魏兴钊. 20CrMnTi钢齿轮轴开裂失效分析[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 303-307.

Wang Rongfa, Zhu Weiheng, Wei Xingzhao. Cracking failure analysis of 20CrMnTi steel gear shaft[J]. Heat Treatment of Metals, 2025, 50(9): 303-307.

参考文献

[1] 张兵, 毛艺蒙, 姜涛, 等. 18CrNiMo7-6钢齿轮轴开裂失效分析[J]. 金属热处理, 2024, 49(2): 297-300.
Zhang Bing, Mao Yimeng, Jiang Tao, et al. Cracking failure analysis of 18CrNiMo7-6 steel gear shaft[J]. Heat Treatment of Metals, 2024, 49(2): 297-300.
[2] 吴佳峻. 18CrNiMo7-6钢齿轮轴开裂失效分析)[J]. 理化检验(物理分册), 2017, 53(9): 671-674.
Wu Jiajun. Failure analysis on cracking of the 18CrNiMo7-6 steel gear shaft[J]. Physical Testing and Chemical Analysis(Part A: Physical Testing), 2017, 53(9): 671-674.
[3] 杨春, 朱衍勇, 钟振前, 等. 齿轮轴纵向延迟开裂原因分析[J]. 金属热处理, 2013, 38 (8): 131-134.
Yang Chun, Zhu Yanyong, Zhong Zhenqian, et al. Failure analysis of longitudinal delayed cracking for gear shaft[J]. Heat Treatment of Metals, 2013, 38(8): 131-134.
[4] 谢金鹏, 王天华, 杨春, 等. 风机齿轮轴轮齿断裂原因分析[J]. 物理测试, 2017, 35(6): 43-46.
Xie Jinpeng, Wang Tianhua, Yang Chun, et al. Fracture cause analysis of the gear teeth on gear shaft of aerogenerator[J]. Physics Examination and Testing, 2017, 35(6): 43-46.
[5] 盛志敬, 杜水明, 何鑫, 等. 锻造和热处理过程中裂纹形成原因分析[J]. 内燃机与配件, 2020(5): 109-110.
[6] 陈玲, 马跃. EA4T车轴坯锻后表面开裂机理研究[J]. 铁道机车与动车, 2020(4): 34-37.
[7] 陈志军. 某电厂汽轮机中压转子动叶片开裂的原因[J]. 理化检验(物理分册), 2021, 57(11): 33-36.
Chen Zhijun. Causes of medium-pressure rotor moving blade cracking of steam turbine in a power plant[J]. Physical Testing and Chemical Analysis(Part A: Physical Testing), 2021, 57(11): 33-36.
[8] 赵红利, 吴眉, 张红霞, 等. 汽车摇臂轴开裂原因分析与改进[J]. 锻压技术, 2022, 47(8): 15-21.
Zhao Hongli, Wu Mei, Zhang Hongxia, et al. Analysis and improvement on cracking cause for automobile rocker shaft[J]. Forging & Stamping Technology, 2022, 47(8): 15-21.
[9] 金林奎, 焦东风. 机械花键轴断裂原因分析[J]. 金属加工(热加工), 2014(21): 48-50.
[10] 谭晓郃. 输入轴螺纹端部裂纹分析[J]. 汽车零部件, 2020(1): 78-82.

[1]	田育金, 杨胶溪, 高枫, 王高生, 刘琦, 李怀学. 激光等离子复合喷涂NiCr-Cr₃C₂涂层的组织与性能[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 1-6.
[2]	吴保平, 付媛媛, 张绪亮, 孙长波, 杨草, 王凯, 吴剑涛. 热校形工艺对Ni₃Al基高温合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 34-38.
[3]	刘斌华, 李可尔, 赵鹏程, 陈威. Ti55531钛合金热轧对α相析出行为及力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 76-85.
[4]	吉效科, 毛勇, 李茂, 张丛笑, 见飞龙, 庄磊, 王玮晨, 刘二勇. 不锈钢熔覆层的微观组织和腐蚀磨损性能[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 92-98.
[5]	吴庆美, 郭强, 卜凡征, 肖景江. 不同热镀锌层的组织与摩擦性能对比[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 113-117.
[6]	胡雁阵, 李婷, Carlos Gracia, Caraballo Isaac Toda, Carallero Francisca Garcia, 于皓. 均一化处理对增材制造镍基合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 118-124.
[7]	王天琪, 柴希阳, 罗小兵, 师仲然. 控轧控冷工艺对ULCB钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 146-150.
[8]	杨恬, 孙上清, 田彦文, 王涛, 任勇. 固溶处理温度和冷却速率对TC6钛合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 151-155.
[9]	李佳傲, 黄硕, 李瑞红, 赵莉萍, 王海燕, 杨礼林, 金自力. 时效时间对Mg-10Gd-2Sm-1Y-0.5Zr合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 156-160.
[10]	徐凤祥, 卢道胜, 秦小飞, 李秋杰, 吴高盛. 40Cr钢锥面零件的激光淬火[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 165-169.
[11]	柳会梅, 陈珍妮, 许立雄, 熊俊伟, 孙昌政, 胡海江. 连续退火时效时间对低碳钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 170-174.
[12]	张海东, 闫献国, 向瑾, 李晋峰, 高丽梅. 深冷处理对40CrNiMo钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 175-180.
[13]	付世强, 张江, 廖斌, 蒋桂. 冷轧及退火工艺对新能源电池用铝塑膜箔组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 181-190.
[14]	何苗, 武晓峰, 董志强, 王端, 索忠源. 淬火温度对斗齿用35CrMnSi2钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 191-194.
[15]	肖晨亮, 程从前, 赵杰, 曹铁山. 淬火回火工艺对DF13钢组织与力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 195-201.

20CrMnTi钢齿轮轴开裂失效分析

Cracking failure analysis of 20CrMnTi steel gear shaft

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价