作者：龐瑞強，王屾，甘鋒，譚海蘭

單位：晉西工業集團有限責任公司檢測技術研究院。

輸煤刮板鏈輪（材質為42CrMo）於井下工況使用約半個月後，在鍵槽部位發生斷裂，如圖1所示。

鍵槽部位整體從鏈輪脫落，如圖2所示。其中一處斷裂面沿鍵槽根部至兩齒中間，平行於鏈輪直徑斷裂，斷面平齊，可見放射紋，裂源位於鍵槽根部直角處，編為A斷面，如圖2a所示；另一處斷裂面沿鏈輪內圈靠近鍵槽邊緣至鏈輪齒，與鏈輪直徑呈約45°角斷裂，斷裂面較粗糙、平齊，可見放射紋，裂源位於鏈輪齒部，該齒部可見撞擊塑性變形痕跡，編為B斷面，如圖2b所示。

鏈輪熱處理工藝路線為：整體調質→機加工→齒部表面淬火、回火→磨齒。技術要求整體調質硬度為280～320HBW；輪齒面表面硬度為40～45HRC。

1. 化學成分分析

對鏈輪基體取樣，採用CS-444碳硫測定儀及ICP光譜儀進行化學成分分析。結果符合國家標準對42CrMo鋼的要求範圍。具體分析結果如表1所示。

2. 硬度和衝擊測試

分別取樣對工件輪齒表面進行洛氏硬度測試；對工件輪齒心部及鍵槽部位（A斷面裂源附近）進行布氏硬度測試，測試結果如表2所示。

結果表明，輪齒表面硬度符合工件技術要求；輪齒心部硬度符合工件技術要求，靠近裂源的鍵槽部位硬度不符合技術要求。對鍵槽處取樣進行衝擊吸收能量測試，發現該處材料衝擊吸收能量極低，具體測試結果如表3所示。

3. 斷口分析

將A斷口置於掃描電子顯微鏡中觀察。裂源區無明顯塑性變形，未發現明顯非金屬夾雜物及材料缺陷，微觀形貌可見河流花 樣，為解理斷裂，如圖3所示。

擴充套件區同樣為解理斷裂，如圖4所示。

最後斷裂區為可見韌窩結構，為韌性斷裂，如圖5所示。

4. 金相分析

對斷裂件進行非金屬夾雜物檢查，未見明顯超標非金屬夾雜物，如圖6所示。

依據GB/T 10561—2005評定為A0。5、B0。5、C0。5、D1。5。對斷裂件不同位置進行金相組織觀察及晶粒度評定，鏈輪齒外表面為調質組織，如圖7所示；

心部組織為珠光體+鐵素體，晶粒度為5~6級，如圖8所示；

鏈輪鍵槽附近金相組織為珠 光體+鐵素體，晶粒度為2~3級，晶粒較大，如圖9所示。

鍵槽根部倒角處截面形貌如圖10所示，倒角接近90°（圖 樣要求為R0。5mm）該處屬於工作受力集中點，存在應力集中現象。

5. 分析及結論

透過以上試驗結果可以得出，鍵槽處晶粒度粗大、衝擊吸收能量較低、硬度低於設計值，材料脆性較大且強度偏低，外加該處倒角偏小屬於工作應力集中區域，工件在起停動作時，對該處也會有衝擊作用，這樣就形成了該處受力較大，而實際強度偏低、韌性差的實際情況，在工作應力作用下，勢必會形成開裂。斷口上的解理形貌屬於一種典型穿晶脆性斷裂特徵。根據A、B斷口形貌特徵及開裂方位，結合工件受力狀況分析，可以判定斷裂始於A斷面，之後開裂的工件在轉動應力作用下，齒面與其他部件撞擊，從而形成B斷面，進而造成該段輪齒掉落。因此，工件斷裂的主因為A斷面的斷裂原因。工件開裂的過程為：鍵槽部20190903位熱處理工藝不當，形成粗晶，導致材料韌性惡化，且鍵槽根部過渡圓弧較小，存在應力集中，較脆的工件在裝置起停時受到衝擊作用，於鍵槽根部發生脆性開裂，導致與開裂部位相近的輪齒位置發生改變，併發生碰撞，進而從輪齒撞擊面開裂，形成工件區域性斷裂脫落。因此，鏈輪斷裂的直接原因是熱處理工藝不當，材料較脆，誘發因素是鍵槽根部圓弧設計偏小。

6. 建議

（1）為了減少應力集中，應合理計算鍵槽根部的R值。

（2）嚴格控制熱處理工藝引數，避免區域性過熱形成粗晶。

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