齿轮箱在机械制造设备中得到广泛应用，是一个重要的机械部件，齿轮是齿轮箱的重要组成部分，受力载荷复杂多变，齿轮本身的质量好坏影响着减速器齿轮箱的使用寿命。

　　本文针对分公司近期出现的17CrNiMo6齿轮类锻件产品的超声波探伤不合格率高的问题。

　　通过对典型缺陷件进行解剖分析，采用低倍、非金属夹杂检测、扫描电镜等方法查找不合格原因，为后续生产提供经验数据，从而优化生产过程工艺的执行和控制。

　　产品主要技术参数及指标

　　缺陷件齿轮的材质为17CrNiMo6。

　　生产工艺流程为：铸锭→加热→开坯→下料→加热→锻造→毛坯检验→锻后热处理→检验交货。

　　⑴化学成分。

　　化学成分要求见表1。

　　表 1 化学成分 (wt%)

　　⑵纯净度检验。

　　按每熔炼炉在钢锭开坯后取样，取样方法及取样位置按GB/T 226-2015执行，低倍酸浸按GB/T 1979-2001，非金属夹杂按GB/T 10561-2005执行。

　　低倍检测应符合表2，非金属夹杂应符合表3。

　　表2 低倍检测 ( 级 )

　　表3 非金属夹杂 ( 级 )

　　⑶锻件要求。

　　锻件锻造比≥5，晶粒度≥6级，超声波探伤符合JB/T 5000.15-2007的Ⅱ级。

　　生产过程

　　⑴钢锭两镦两拔开坯φ750mm，去除底冒口后下料，开单件重量3400kg，加热温度1220℃，保温5小时后进行锻造，镦粗冲孔成形，综合锻造比大于6。

　　⑵锻后坑冷至室温毛坯交检，毛坯黑皮探伤。

　　探 伤

　　17CrNiMo6材质的齿轮坯锻后缓冷，毛坯黑皮按JB/T 5000.15-2007的Ⅱ级超声波探伤超标，缺陷波大于底波，波形图见图1，由此判定缺陷大小相当于φ8mm左右，不符合验收要求，探伤报废。

　　图1 毛坯探伤缺陷波形　　 

　　分析方案及过程

　　为了得到更准确的分析结果，首先重新对齿轮锻件进行超声波探伤，通过UT定位先查找缺陷位置，取样、重新探伤定位，一步步缩小范围，最后机加工后查找出缺陷，进行低倍、组织及扫描电镜等分析，判定缺陷性质。

　　定位查找探伤缺陷：通过超声波探伤定位缺陷，超声波波形如图1所示，缺陷位置如图2所示。

　　图2 齿轮锻件缺陷位置示意图

　　在锻件上画出缺陷位置，留出热影响区后气割取样(图3)。

　　图3 缺陷处气割取样

　　气割后对试样进行重新探伤，再次确定缺陷位置并做标记、划线、记录缺陷深度，锯床锯切掉多余部分(图4、图5)。

　　图4 标记试样缺陷位置

　　图5 锯切取样

　　缩小缺陷试样范围以便查找缺陷点。锯切后的试样上铣床机加工，为了准确的找到缺陷，在接近缺陷深度位置2mm处，铣床加工改为按50丝为进刀量一层层加工，层层观察有无缺陷。最终找到缺陷 (图6)。

　　图6 锻件超探缺陷

　　理化分析：⑴低倍试验分析。

　　在试块缺陷位置处切取两个试片做低倍酸浸试验，检测结果见表4，结果显示锻件致密度合格，试片存在开口性缺陷。低倍试片见图7、图8。

　　表 4 低倍检测结果

　　图7 低倍试片1

　　图8 低倍试片2

　　⑵高倍试验分析。

　　为进一步分析，在缺陷位置取高倍试样，结果显示，在显微镜下缺陷类似于裂纹形貌，非金属夹杂见表5。锻件纯净度在合格范围内。

　　表5 非金属夹杂检测结果

　　⑶金相组织分析。

　　裂纹形貌见图9，晶粒度2级，组织为贝氏体+铁素体 (图10)，为锻件锻后快冷组织。裂纹内及周围未见非金属夹杂，裂纹旁组织无氧化脱碳现象。

　　图9 裂纹形貌

　　图10 裂纹处组织

　　⑷扫描电镜分析。

　　为进一步确定缺陷，对缺陷严重的试样3做了扫描电镜和能谱分析 (图11～22)。

　　图11 能谱分析取样点25

　　图12 点25能谱图

　　图13 点25各元素占比

　　图14 能谱分析取样点29

　　图15 点29能谱图

　　图16 点29各元素占比

　　图17 能谱分析取样点30

　　图18 点30能谱图

　　图19 点30各元素占比

　　图20 能谱分析取样点32

　　图21 点32能谱图

　　图22 点32各元素占比

　　从能谱分析结果看，缺陷处成分为C、O、Na、Mg、Ca、Si、K、Cr、Mn、Fe等，其中Na、K、Mg等不属于基体组织的成分，且Fe含量比基体偏低。Na、K元素成分一般为保护渣成分，Mg元素成分一般为耐火材料成分。缺陷处有Na、K、Mg、Ca成分的氧化物，分析认为是钢液发生卷渣或带入耐火材料导致的。

　　结 论

　　通过对17CrNiMo6齿轮锻件探伤缺陷定位及低倍解剖分析、高倍试验分析及扫描电镜等手段，该探伤缺陷是外来夹渣及耐火材料破坏了钢基体的连续性引起的。因此，提出以下改进措施。

　　⑴提高耐火材料质量与性能并合理地使用耐火材料，对耐火材料进行精选，选择高质量的耐火材料，冶炼浇注前加强对炉衬、钢包耐材、滑动水口以及浇注系统的清洁清扫及烘烤，来保证浇注系统的干净。

　　以避免炉衬和浇注设备的耐火材料被冲刷侵蚀下来，减少铸锭外来夹杂物。

　　⑵优化精炼工艺，调整精炼渣合适的理化性质提高对夹杂物的吸附能力，保证精炼渣良好的流动性，为钢渣反应提供良好的动力学条件。

　　合理控制底吹搅拌工艺，防止精炼渣卷入。

　　浇注过程中进行吹氩保护，选择合理的吹氩量、吹氩时间、吹氩压力，提高脱气和去夹杂的效果，减少夹杂物的产生。

　　⑶通过更换优质耐火材料，规范管理，加强对炉衬、钢包耐材、滑动水口以及浇注系统的清理清洁，钢锭质量得以提升，齿轮锻件探伤废品率大大降低。