齒輪軸失效分析及改造

齒輪軸主要工藝流程：鍛造→正火→車削→滾齒→滲碳→脫碳→淬火→粗磨→磨齒→精磨。

其中有齒輪軸在使用一年后斷裂，輪齒完好無損，在φ90mm外圓與輪齒之間斷裂。我們對斷軸進行了分析，并從齒輪設計、加工、熱處理等方面提出改進建議，避免類似情況再次發生。

斷裂分析

齒輪軸的斷裂具有典型的殼狀花紋。從裂縫的宏觀外觀來看，裂縫由3個不同特征的區域組成。區域1為裂紋源，呈半月形，表面黑色，面積約6mm2；區域2為裂紋擴展區，表面為細瓷； 3區為瞬時斷裂帶，形態粗糙，不平整度大，呈放射狀條紋，約占總面積的50％。它是典型的疲勞裂紋斷裂。

齒輪軸斷裂發生在底切槽處。斷面上有一個小的黑色區域1，說明這里較早出現裂紋。仔細觀察零件的斷裂情況。底切槽內光潔度很差，有深加工刀具痕跡。 ,這里在熱處理過程中產生了一個小裂紋，在加熱和冷卻過程中裂紋表面被氧化，所以呈黑色。裂紋在底切槽內，不易發現。在使用過程中，齒輪軸受到交變載荷，裂紋逐漸擴大。此時膨脹速度較慢，形成2區（膨脹區）。由于18Cr2Ni4W鋼的淬透性很高，淬火后芯部硬度達到42～44HRC，硬度高，因此在膨脹區沒有明顯的年輪條紋。疲勞裂紋擴展到一定程度，軸的有效截面收縮，導致強度不足，引起瞬時過載，導致斷裂，該截面具有快速斷裂的特點。由于軸的硬度高，工作時受力較大，后斷裂形成的面積較大，約占總面積的50％。

改善措施

疲勞損傷對缺陷非常敏感，一般起源于應力集中程度高的零件或表面缺陷，如表面裂紋、軟點、夾雜物、尖角過渡和工具痕跡。引起疲勞失效的工作應力很低，往往低于材料的屈服強度。使用不到一年就壞了。可見，齒輪軸表面的缺陷造成高度的應力集中，降低了疲勞強度，大大縮短了齒輪軸的使用壽命。

齒輪軸零件結構、加工質量、熱處理工藝、材料化學成分等方面都會導致軸的失效。因此，只有從改進零件的設計結構、嚴格控制原材料成分、提高加工精度、改進熱處理工藝等方面綜合考慮質量等方面，才能保證軸的質量，延長軸的使用壽命。軸。改進后，齒輪軸不再斷裂。

齒輪軸