在加工減速機軸齒過程中，發現減速機軸齒存在孔洞缺陷，通過宏觀檢查、化學成分分析、金相檢驗及掃描電子顯微鏡分析等方法，對減速機軸齒缺陷產生的原因進行了分析。
1 序言
某公司在加工減速機軸齒過程中，發現一減速機軸齒存在孔洞缺陷，軸齒材料為16MnCrS5+H，加工工藝為：鋸切下料→車削→滾齒→銑削端部（自動一次成形）等。本文通過宏觀檢查、化學成分分析、金相檢驗及掃描電子顯微鏡分析等方法，確定軸齒缺陷產生的原因，以便后續有針對性地采取改進措施。
2 宏觀檢查
目視觀察減速機軸齒存在孔洞缺陷，缺陷宏觀形貌如圖1所示，該缺陷距離端部30～40mm，長×寬×深約為9mm×5mm×5mm，底部呈錐形并有一定傾角，內壁光滑。
a）整體
b）橫向切開后
圖1 減速機軸齒缺陷形貌
3 失效分析
3.1 化學成分分析
軸齒材料16MnCrS5+H，在缺陷樣品上取樣進行光譜檢驗，該材料化學成分標準要求和軸齒的化學成分分析見表1，結果符合要求。
表1 化學成分分析（質量分數） ?。?/FONT>%）
3.2 金相檢驗
取圖1a中白線所示位置的橫截面為金相面進行檢驗，缺陷位置存在異常貝氏體組織，寬度約為1.5mm，如圖2所示；缺陷表面存在一處異物鑲嵌，經4%硝酸酒精試劑腐蝕后異物未被腐蝕，周圍基體組織為貝氏體，如圖3、圖4所示；正?；w和正常軸齒尖部組織均為鐵素體+珠光體[1]，如圖5所示。
圖2 缺陷位置金相組織（200×）
a）形貌 b）金相組織
圖3 缺陷邊緣鑲嵌物形貌和金相組織（200×）
圖4 缺陷邊緣至基體過渡區金相組織（200×）
a）正?；w b）正常軸齒尖部
圖5 正?；w和正常軸齒尖部金相組織（200×）
將樣品向缺陷底部進行解剖分析，缺陷周邊有異常貝氏體組織，缺陷內沿異常組織較深，約為2.5mm，缺陷外沿約1mm，缺陷內沿一側存在異物附著，且存在一個約0.1mm的凸起，內有附著物，缺陷周圍組織未發現脫碳，如圖6所示；正?；w組織為鐵素體+珠光體，如圖7所示。
a）形貌 b）金相組織1
c）金相組織2 d）金相組織3
圖6 解剖分析缺陷位置形貌和金相組織（200×）
圖7 正?；w組織（200×）
3.3 SEM掃描電子顯微鏡形貌分析
對鑲嵌異物及缺陷周邊進行SEM掃描電子顯微鏡分析，缺陷底部整體形貌如圖8a所示，缺陷底部存在大量微裂紋，由淺往深延展至底部翹皮部位，如圖8b和圖8c所示。
a）整體
b）局部1 c）局部2
圖8 SEM掃描電子顯微鏡分析缺陷底部形貌
如圖9所示，對鑲嵌異物及缺陷周邊進行能譜檢驗，缺陷內沿附著物及缺陷底部為氧化鐵；缺陷底部存在異物殘留，尺寸約0.47mm；異物組織與樣品基體組織有明顯不同，見表2。
a）邊緣
b）底部鑲嵌物
圖9 缺陷邊緣和底部鑲嵌物形貌
表2 鑲嵌物能譜分析結果（質量分數） ?。?/FONT>%）
對疑似刀具進行SEM掃描電子顯微鏡分析，成分基本與鑲嵌物一致，見表3?，F場跟蹤減速機軸齒加工工藝，發現加工過程中所使用的刀具與缺陷相似[2，3]，如圖10所示。
表3 刀具能譜分析結果（質量分數） ?。?/FONT>%）
a）外觀
b）形貌
圖10 刀具
4 結束語
綜上所述，減速機軸齒缺陷表面和內部均殘余少量異物嵌入，與樣品基體成分明顯不同，周邊組織為貝氏體，凹坑周邊無明顯脫碳，內側內沿有一層氧化鐵附著，缺陷底部存在大量微裂紋，由淺往深延展至底部翹皮部位。
在進行現場加工工藝跟蹤時發現，有一款刀具形貌跟用戶缺陷位置接近，且刀具成分與缺陷處鑲嵌物成分一致，可確定鑲嵌物為刀具鑲嵌至材料所致，可能為機械加工數控設備刀具行程中出現異常所導致。
金屬零件在加工時，由于刀具材料、形狀、幾何角度及切削參數等因素影響，會導致被加工零件產生切削變形等缺陷。依據宏觀形貌、高倍組織以及能譜檢驗結果，并結合減速機軸齒加工工藝跟蹤情況，可以有針對性地提出改進措施，關注機加工刀具運行異常情況，關注刀具質量，避免因加工工藝影響質量。
參考文獻：
[1] 李炯輝，林德成. 金屬材料金相圖譜：上冊[M]. 北京：機械工業出版社，2006.
[2] 王坤. 減速機在制造過程中常見問題分析[J]. 黑龍江科技信息，2010（13）：51.
[3] 孫智，江利，應鵬展. 失效分析——基礎與應用[M]. 北京：機械工業出版社，2005.
本文發表于《金屬加工（冷加工）》2023年第1期第112~114頁，作者：石家莊鋼鐵有限責任公司 周惠芳、李寧、金一晨、秦曉光、邸帆、趙金銘，原標題：《減速機軸齒失效分析》。
