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摘 要：某小齿轮在使用一段时间后破碎了，利用多种检测手段对其进行分析，包括低倍、化学成分、金相组织等实验。结果表明，小齿轮碎裂起源于齿根表面的严重应力集中型、高名义应力双向弯曲疲劳断裂和过应力冲击脆断，发生断裂是因为齿根未表淬，抗疲劳强度低所致。
关键词：小齿轮;金相组织;裂纹;失效
某公司生产的小齿轮在使用一段时间之后发生碎裂，相关部件也有损坏。该小齿轮的材质为40CrNiMoA，对小齿轮来说，其工艺要求是：锻件毛坯—粗加工—调质—精加工—滚齿—渗碳淬火、回火—磨齿。齿轮轴经过调质渗碳淬火后，芯部韧性好，抗弯强度高，齿面硬度为50～60 HRC，完全能够满足小齿轮在工作时所承受的重载荷。本文通过对失效件进行取样，包括宏观分析、低倍试验分析、化学成分分析和金相分析等实验，研究小齿轮破碎的原因。
1 破碎分析
1.1 宏观观察
现场对破碎小齿轮进行分析，观察到小齿轮已碎裂成多块，主要是沿齿沟方向纵裂，如图1所示。通过观察其中掉下的一整齿的碎块断口可知，断裂起源于齿根，齿根表面粗糙，存在严重应力集中、高名义应力双向弯曲疲劳断裂和过应力冲击脆断，如图2所示。完成对一件较大的4连齿碎块横截面和纵向试块的取样工作，进行下一步实验分析。
实验结果表明，花键处裂纹是疲劳扩散到一定程度后，小齿轮花键部位受到过应力导致的过载碎裂。
2 讨论与分析
小齿轮的化学成分符合成分要求，锻件致密度、均匀性差，锻件整身枝晶偏析粗大的情况较为明显，这表明锻件铸造不佳。表淬组织为3级马氏体，表淬层内无裂纹，这表明表淬温度和冷速控制合理，但是，小齿轮低倍组织和宏观硬度、微观硬度曲线、微观组织都可以确定齿根未表淬，这说明表淬工艺问题严重。齿根未表淬会导致齿根处硬度低、接触疲劳强度低、抗弯曲疲劳强度低，直接导致其在使用过程中弯曲疲劳裂纹在此处萌生、扩展，直至断裂。
3 结论
小齿轮的化学成分符合40CrNiMoA材质的要求，锻件纯净度合格，但是，其致密度、均匀性差，枝晶偏析粗大。
参考文献
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关键词：桥梁结构 ;耐久性能 ;病害 ;耐久性设计方法
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