20CrMnTi是一种性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。主要用于生产汽车、摩托车、农机、工程机械用的齿轮、轴类、活塞类零配件以及其它各种零部件。    

     公司生产的20CrMnTi 齿轮钢在锻打成齿轮毛坯时表面出现了大量的表面裂纹。对此技术人员立即对存在表面裂纹的齿轮毛坯开裂原因进行分析，以便制定相应措施，杜绝齿轮钢锻打开裂问题的再现。

裂纹试样的检测分析 

     根据试样开裂情况，选取有代表性的两处裂纹进行金相分析，具体取样位置如图1所示，试样分析面为纵向。并将1#、2#试样进行化学成分分析。

     试样采用锯切取样，为防止试样加工过热影响分析结果，严格控制锯切速度，并采用专用锯切冷却液冷却锯片。

1.1 化学成分分析   

     取1#、2#试样进行光谱化学成分分析，分析结果如表1所示。

    从表1可以看出，1#、2#试样的化学成分均与出厂圆钢成品成分基本一致，可见化学成分正常。

1.2 组织分析    

     取1#、2#试样进行组织分析，试样经粗磨、细抛并清洗后分析裂纹形貌，结果如图2所示。

    采用正置式光学显微镜的刻度尺对裂纹尺寸进行测量，1#试样开裂位置宽度为2.1 mm，裂纹长度( 即由表面往基体延伸的深度) 为2.46mm; 2#试样开裂位置宽度为1.8 mm，裂纹长度2.3mm。裂纹与试样表面呈约45°向里延伸。从裂纹尖端的形貌可知，裂纹附近无异常的非金属夹杂物。 

     将试样进行腐蚀，观察其金相组织，见图3、图4、图5、图6。结果表明，1#、2#试样的裂纹附近都存在异常的魏氏组织( 根据GB/T 13299 标准，可评级为最严重的5级) ，而且魏氏组织达到360um厚; 裂纹周边的晶粒异常粗大。

锻打开裂产生原因分析

      魏氏组织，也即魏氏体，在0.15%～0.50%C的钢中产生，在铸造、锻造和焊接加工时，由于加热温度过高，导致奥氏体晶粒较粗; 冷却时，产生的先共析铁素体呈片状或粗大羽毛状，与原奥氏体有一定位向关系，这种组织称为魏氏体组织。在亚共析钢中常见的魏氏组织呈羽毛状，有呈等边三角形的，有与铁素体相互垂直的，也有混合型的魏氏组织。

2.1 产生异常组织的原因   

     魏氏组织产生主要原因是锻造时的加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，冷却时产生魏氏组织。魏氏组织容易出现在过热钢中，因此，奥氏体晶粒越粗大，越容易出现魏氏组织。低合金钢的锻造加热一般在氧化性气氛中进行，如发生过烧现象，也形成严重的魏氏体组织，过烧组织在随后的热处理过程中是无法修复的。魏氏组织常伴随着奥氏体晶粒粗大而出现，也即晶粒粗大与过热魏氏组织是相随相生的。钢由高温较快地冷却下来往往容易出现魏氏组织，慢冷则不易出现。在低合金钢的锻造过程中，即使始锻、终锻温度合适，如锻后冷却不规范，也有可能形成魏氏体组织。结合金相分析结果来看，钢的表面形成大量魏氏组织，但脱碳现象不是特别严重，因此，可能只是加热温度过高导致晶粒粗大、形成魏氏组织，在过热温度段停留时间不是特别长而未造成严重脱碳现象。

2.2 齿轮毛坯锻打开裂的原因

     钢由于加热温度过高导致奥氏体晶粒粗大，并产生魏氏组织，会导致钢的力学性能尤其是塑性和冲击韧性显著降低，同时使脆性转折温度升高，即增加钢的脆性，因此严重的魏氏组织会导致后续锻打加工时产生开裂。结合锻打试样的形貌，裂纹向基体延伸与钢的表面基本呈特定的方向(30°、45°角) ，这与魏氏组织与原奥氏体有一定位向是对应的。可见锻打裂纹的形貌及组织分析结果都表明，导致锻打开裂的原因是钢过热导致奥氏体晶粒粗大、产生魏氏组织。

齿轮钢锻打开裂预防措施

      预防锻打开裂主要就是防止产生异常组织，而魏氏组织及晶粒粗大的控制预防措施有: 

1) 控制好加热温度，不宜过高，防止过热。对于20CrMnTi 齿轮钢，一般加热温度应控制在≤1220℃，短时(10min 左右) 超温≤1250℃; 定时检测加热炉的热电偶，防止热电偶温度漂移，导致温度超过。

2) 控制冷却速度，锻造过程或锻后的冷却速率，防止快冷。锻后不宜风冷，防止锻后冷速过快开裂。

结论

1) 通过化学成分、非金属夹杂物、金相组织等分析，表明锻打开裂的齿轮毛坯试样存在异常的魏氏组织及晶粒粗大现象；

2) 分析魏氏组织及晶粒粗大产生原因可知，导致锻打开裂的主要原因是毛坯加热温度过高，导致奥氏体晶粒异常粗大，同时产生魏氏组织，使齿轮毛坯的脆性转折温度升高，即增加钢的脆性，最终导致锻打时开裂；

3) 预防齿轮钢锻打开裂的主要措施是控制好加热温度，防止过热，并控制锻后冷却速度，防止冷速过快。

来源：广东韶钢技术研究中心