齒輪軸是各種機械設備傳動系統中的關鍵零件，一般要求齒輪軸既具有優良的耐磨性、又具備高的抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性，因此熱處理對齒輪軸的壽命起至關重要的作用。

事故背景

某公司選用20MnCr5合金結構鋼生產齒輪軸，具體生產工藝為：?190mm熱軋棒料→下料→車加工→局部涂防滲碳涂料→滲碳熱處理→車加工。最終車加工后發現工件表面局部有明顯的斑疤，導致零件全部報廢。

為查明工件表面斑疤形成的原因，筆者對該齒輪軸進行了一系列檢驗與分析，以期避免再次出現該類缺陷。

理化檢驗

分析與討論

該齒輪軸的化學成分符合標準要求，齒輪軸上的斑疤僅出現在齒輪軸表面不需要滲碳的部位，滲碳部位則未見此類缺陷。SEM分析結果表明，造成齒輪軸車削后表面有斑疤的主要原因為鋼材基體中有異物滲入。異物的滲入破壞了鋼材基體的連續性，從而導致車削后表面不光滑。從斑疤部位橫截面金相檢驗結果可知，缺陷區域呈弧形分布，說明異物是由某一個點開始逐漸向鋼材深度及寬度方向滲透。缺陷區域有部分碳元素滲入，說明在滲碳過程中防滲碳涂料沒有起到防滲作用。

因齒輪軸各部位性能要求不一樣，因此在滲碳熱處理時需要對不允許滲碳的部位進行保護。一般采用涂覆防滲碳涂料等方法進行局部防滲，滲碳熱處理后再清除零件表面的涂層，從而使整個零件在滲碳熱處理后得到較好的綜合性能。該齒輪軸滲碳熱處理前使用的防滲涂料為某公司生產的FC-108型防滲涂料，其主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鉀、氧化鈉、銅粉、錫粉等。與齒輪軸表面滲入的異物成分相似，說明齒輪軸表面的異物來源于防滲碳涂料。

防滲碳涂料中含有銅粉、錫粉等低熔點金屬及其合金，且這些金屬聚集在鋼材表面極易使鋼材表面產生脆性開裂。滲碳過程中溫度較高，防滲碳涂料中低熔點的物質沿鋼材最薄弱的晶界滲入鋼中。在隨后的淬回火冷卻過程中，滲入了低熔點物質的晶界容易開裂，從而破壞基體的連續性。正常情況下，防滲碳涂料滲入鋼材的深度應該是一致的，通過后續的機加工可以將表面異常層完全去除。一旦防碳滲涂料在局部堆積，堆積部位防滲碳涂料滲入鋼材的深度肯定會加深，正常的機加工余量不能保證完全去除表面異常層，從而有少許滲層殘留在工件表面。

以上分析結果表明，防滲碳涂料在使用過程中出現異常。可從防滲碳涂料本身質量、零件刷涂前表面是否清理干凈、是否刷涂均勻等方面進行具體分析。具體可參考JB/T 5072－2007«熱處理保護涂料一般技術要求»及JB/T 9199－2008«防滲涂料技術條件»。

結論及建議

防滲碳涂料中低熔點物質沿齒輪軸基體的晶界滲入齒輪軸基體中，在隨后的淬回火過程中導致齒輪軸基體連續性被破壞，從而在車加工后表面出現斑疤缺陷。

建議加強防滲碳涂料的質量檢查，嚴格控制零件刷涂前表面質量及刷涂質量，杜絕此類缺陷的產生。