齿轮轴失效分析及改造

齿轮轴失效分析及改造

齿轮轴主要工艺流程：锻造→正火→车削→滚齿→渗碳→脱碳→淬火→粗磨→磨齿→精磨。

其中有齿轮轴在使用一年后断裂，轮齿完好无损，在φ90mm外圆与轮齿之间断裂。 我们对断轴进行了分析，并从齿轮设计、加工、热处理等方面提出改进建议，避免类似情况再次发生。

断裂分析

齿轮轴的断裂具有典型的壳状花纹。 从裂缝的宏观外观来看，裂缝由3个不同特征的区域组成。 区域1为裂纹源，呈半月形，表层黑色，面积约6mm2； 区域2为裂纹扩展区，表层为细瓷；  3区为瞬时断裂带，形态粗糙，不平整度大，呈放射状条纹，约占总面积的50％。 它是典型的疲劳裂纹断裂。

齿轮轴断裂发生在底切槽处。 断面上有一个小的黑色区域1，说明这里较早出现裂纹。 仔细观察零件的断裂情况。 底切槽内光洁度很差，有深加工刀具痕迹。  ,这里在热处理过程当中产生了一个小裂纹，在加热和冷却过程当中裂纹表层被氧化，所以呈黑色。 裂纹在底切槽内，不易发现。 在使用过程当中，齿轮轴受到交变载荷，裂纹逐渐扩大。 此时膨胀速度较慢，形成2区（膨胀区）。 由于18Cr2Ni4W钢的淬透性很高，淬火后芯部硬度达到42～44HRC，硬度高，因此在膨胀区没有明显的年轮条纹。 疲劳裂纹扩展到一定程度，轴的有效截面收缩，造成强度不足，引起瞬时过载，造成断裂，该截面具有快速断裂的特色。 由于轴的硬度高，工作时受力较大，后断裂形成的面积较大，约占总面积的50％。

改善措施

疲劳损伤对缺点非常敏感，一般起源于应力集中程度高的零件或表层缺点，如表层裂纹、软点、夹杂物、尖角过渡和工具痕迹。 引起疲劳失效的工作应力很低，往往低于材料的屈服强度。 使用不到一年就坏了。 可见，齿轮轴表层的缺点造成高度的应力集中，下降了疲劳强度，大大缩短了齿轮轴的使用年限。

齿轮轴零件结构、加工质量、热处理工艺、材料化学成分等方面都会造成轴的失效。 因此，只有从改进零件的设计结构、严格控制原材料成分、提高加工精度、改进热处理工艺等方面综合考虑质量等方面，才能保证轴的质量，延长轴的使用年限。 轴。 改进后，齿轮轴不再断裂。