趙賀楠， 劉年富

（寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司， 廣東 韶關 512123）

20CrMnTiH 齒輪鋼是國內各種工程機械、汽車等傳動齒輪、齒輪軸等廣泛使用的鋼種，要求化學成分均勻、波動小，要求鋼液的純凈度高[1]。齒輪是汽車、機械工業重要的傳動零件，起著傳遞動力及改變速度和方向的作用，其使用條件惡劣，要承受摩擦和高沖擊載荷作用，要求齒輪鋼必須具備高硬度、高耐磨性和高接觸疲勞強度等綜合使用性能[2]。

某公司使用Φ130 mm 規格的20CrMnTiH 圓鋼，在加工熱鍛齒坯的過程中發現裂紋。20CrMnTiH 熱鍛齒坯生產加工流程為：圓鋼鋸切下料（長度260 mm）—熱墩坯（直徑210 mm×厚80 mm）—沖孔（直徑80 mm）—捻環（直徑300 mm×厚70 mm）—熱擠模鍛成形（運動擠壓，直徑330 mm×厚70 mm）。為了查找20CrMnTiH 熱鍛齒坯產生裂紋的原因，采用ARL3460直讀光譜儀、金相顯微鏡和掃描電鏡對熱鍛齒坯試裂紋樣進行了檢驗和分析。

1 檢驗結果

1.1 化學成分

使用ARL3460 直讀光譜儀對20CrMnTiH 熱鍛齒坯試樣進行光譜檢測，化學成分見表1。

表1 化學成分 %

由化學成分檢測結果可知，20CrMnTiH 熱鍛齒坯試樣的材質符合國家標準GBT 5216—2014《保證淬透性結構鋼》的成分要求，特別是有害雜質元素硫、磷的含量優于國家標準，在正常使用的情況下不會使材料脆性增加。成分分析結果表明，20CrMnTiH熱鍛齒坯試樣的化學成分無異常。

2.2 宏觀形貌

目視觀察熱鍛齒坯試樣發現裂紋出現在內孔側表面，體視顯微鏡下觀察裂紋呈中間大，兩端小傾斜向內發展的裂紋，裂紋內粗糙不平，如圖1 所示。

圖1 宏觀裂紋形貌

2.3 金相組織

使用LEICA 倒置數字顯微鏡（型號：DMILM），在裂紋處取樣進行金相檢測，金相顯微鏡下觀察裂紋末端圓滑，裂紋內見氧化鐵并存在明顯的脫碳現象如見下頁圖2、圖3 所示。

圖2 裂紋形貌

基體組織為珠光體+鐵素體，如下頁圖4 所示。

2.4 電鏡分析

圖3 裂紋處組織形貌

圖4 基體組織形貌

使用ZEISS 掃描電子顯微鏡（型號：EVO18），觀察發現裂紋內均存在較厚的氧化層，裂紋內斷口起伏不定，存在組織明顯的撕裂痕跡，說明鋼材內孔側表面受外部較大作用力致使此區域基體撕裂，如圖5、圖6 所示。

圖5 裂紋處形貌（13 倍）

3 分析與討論

圖6 裂紋處形貌（50 倍）

1）由化學成分分析可知，熱鍛齒坯試樣的化學成分符合國家標準GBT 5216—2014《保證淬透性結構鋼》對20CrMnTiH 圓鋼的要求。

2）目視觀察熱鍛齒坯試樣裂紋均出現在內孔側表面，通過掃描電鏡分析發現裂紋內存在組織撕裂痕跡，說明鋼材內孔側表面受外部較大作用力致使此區域基體撕裂而形成裂紋，裂紋在高溫下發生氧化脫碳現象，致使裂紋處覆蓋一層氧化鐵層。

4 結語

由成分、金相組織及電鏡的分析結果可知：20CrMnTiH 熱鍛齒坯試樣的裂紋，是由于鋼材內孔側表面受外部較大作用力導致此區域基體撕裂而形成的裂紋，裂紋是鋼材在鍛造過程中產生的鍛造裂紋。