齒輪箱在機械制造設備中得到廣泛應用，是一個重要的機械部件，齒輪是齒輪箱的重要組成部分，受力載荷復雜多變，齒輪本身的質量好壞影響著減速器齒輪箱的使用壽命。

      本文針對分公司近期出現的17CrNiMo6齒輪類鍛件產品的超聲波探傷不合格率高的問題。

      通過對典型缺陷件進行解剖分析，采用低倍、非金屬夾雜檢測、掃描電鏡等方法查找不合格原因，為后續生產提供經驗數據，從而優化生產過程工藝的執行和控制。


      缺陷件齒輪的材質為17CrNiMo6。

      生產工藝流程為：鑄錠→加熱→開坯→下料→加熱→鍛造→毛坯檢驗→鍛后熱處理→檢驗交貨。

      ⑴化學成分。

      化學成分要求見表1。


      ⑵純凈度檢驗。

      按每熔煉爐在鋼錠開坯后取樣，取樣方法及取樣位置按GB/T 226-2015執行，低倍酸浸按GB/T 1979-2001，非金屬夾雜按GB/T 10561-2005執行。

      低倍檢測應符合表2，非金屬夾雜應符合表3。


      ⑶鍛件要求。

      鍛件鍛造比≥5，晶粒度≥6級，超聲波探傷符合JB/T 5000.15-2007的Ⅱ級。


      ⑴鋼錠兩鐓兩拔開坯φ750mm，去除底冒口后下料，開單件重量3400kg，加熱溫度1220℃，保溫5小時后進行鍛造，鐓粗沖孔成形，綜合鍛造比大于6。

      ⑵鍛后坑冷至室溫毛坯交檢，毛坯黑皮探傷。

      17CrNiMo6材質的齒輪坯鍛后緩冷，毛坯黑皮按JB/T 5000.15-2007的Ⅱ級超聲波探傷超標，缺陷波大于底波，波形圖見圖1，由此判定缺陷大小相當于φ8mm左右，不符合驗收要求，探傷報廢。



      為了得到更準確的分析結果，首先重新對齒輪鍛件進行超聲波探傷，通過UT定位先查找缺陷位置，取樣、重新探傷定位，一步步縮小范圍，最后機加工后查找出缺陷，進行低倍、組織及掃描電鏡等分析，判定缺陷性質。

      定位查找探傷缺陷：通過超聲波探傷定位缺陷，超聲波波形如圖1所示，缺陷位置如圖2所示。


      在鍛件上畫出缺陷位置，留出熱影響區后氣割取樣(圖3)。


      氣割后對試樣進行重新探傷，再次確定缺陷位置并做標記、劃線、記錄缺陷深度，鋸床鋸切掉多余部分(圖4、圖5)。


      縮小缺陷試樣范圍以便查找缺陷點。鋸切后的試樣上銑床機加工，為了準確的找到缺陷，在接近缺陷深度位置2mm處，銑床加工改為按50絲為進刀量一層層加工，層層觀察有無缺陷。最終找到缺陷 (圖6)。


      理化分析：⑴低倍試驗分析。

      在試塊缺陷位置處切取兩個試片做低倍酸浸試驗，檢測結果見表4，結果顯示鍛件致密度合格，試片存在開口性缺陷。低倍試片見圖7、圖8。




      ⑵高倍試驗分析。

      為進一步分析，在缺陷位置取高倍試樣，結果顯示，在顯微鏡下缺陷類似于裂紋形貌，非金屬夾雜見表5。鍛件純凈度在合格范圍內。


      ⑶金相組織分析。

      裂紋形貌見圖9，晶粒度2級，組織為貝氏體+鐵素體 (圖10)，為鍛件鍛后快冷組織。裂紋內及周圍未見非金屬夾雜，裂紋旁組織無氧化脫碳現象。



      ⑷掃描電鏡分析。

      為進一步確定缺陷，對缺陷嚴重的試樣3做了掃描電鏡和能譜分析 (圖11～22)。












      從能譜分析結果看，缺陷處成分為C、O、Na、Mg、Ca、Si、K、Cr、Mn、Fe等，其中Na、K、Mg等不屬于基體組織的成分，且Fe含量比基體偏低。Na、K元素成分一般為保護渣成分，Mg元素成分一般為耐火材料成分。缺陷處有Na、K、Mg、Ca成分的氧化物，分析認為是鋼液發生卷渣或帶入耐火材料導致的。

      通過對17CrNiMo6齒輪鍛件探傷缺陷定位及低倍解剖分析、高倍試驗分析及掃描電鏡等手段，該探傷缺陷是外來夾渣及耐火材料破壞了鋼基體的連續性引起的。因此，提出以下改進措施。

      ⑴提高耐火材料質量與性能并合理地使用耐火材料，對耐火材料進行精選，選擇高質量的耐火材料，冶煉澆注前加強對爐襯、鋼包耐材、滑動水口以及澆注系統的清潔清掃及烘烤，來保證澆注系統的干凈。

      以避免爐襯和澆注設備的耐火材料被沖刷侵蝕下來，減少鑄錠外來夾雜物。

      ⑵優化精煉工藝，調整精煉渣合適的理化性質提高對夾雜物的吸附能力，保證精煉渣良好的流動性，為鋼渣反應提供良好的動力學條件。

      合理控制底吹攪拌工藝，防止精煉渣卷入。

      澆注過程中進行吹氬保護，選擇合理的吹氬量、吹氬時間、吹氬壓力，提高脫氣和去夾雜的效果，減少夾雜物的產生。

      ⑶通過更換優質耐火材料，規范管理，加強對爐襯、鋼包耐材、滑動水口以及澆注系統的清理清潔，鋼錠質量得以提升，齒輪鍛件探傷廢品率大大降低。