某齒輪軸是齒輪箱機(jī)構(gòu)的重要零件，工件材料為20CrMnMo鋼。工件尺寸：齒頂圓直徑為巾175mm，齒輪軸長400mm，模數(shù)為9mm，齒數(shù)為16。工件加工流程為：鍛造一920℃正火一機(jī)加工一920℃滲碳一機(jī)加工一860℃鹽浴加熱淬油一170℃回火一機(jī)加工。工件熱處理后齒面硬度為59 -60HRC，心部硬度為32--3HRC， 滲碳層深度為1. 50 - 1. 60mm。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，齒輪軸使用8 個(gè)月后，出現(xiàn)嚴(yán)重齒面剝落、網(wǎng)狀裂紋和塑性變形壓痕缺陷早期失效。齒輪軸宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，7個(gè)相鄰齒上出現(xiàn)大塊溝狀剝落、網(wǎng)狀裂紋和塑性變形痕，且網(wǎng)狀裂紋呈現(xiàn)脫落跡象，齒面上 出現(xiàn)多條磨齒裂紋；其他齒在1/5齒面處出現(xiàn)上述同樣缺陷損壞；磨齒裂紋兩側(cè)出網(wǎng)狀裂紋，剝落主要由磨齒裂紋引起，面剝落處磨齒處裂紋眾多，其他齒面裂冀較少；剝落齒橫截面表皮下可見裂紋分布，裂紋與齒面基本平行并延伸至齒面。金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，剝落齒面自表面至深0.5mm處出現(xiàn)多處沿晶裂紋，該處組織為馬氏體+碳化物+體積分?jǐn)?shù)約15%的殘留奧氏體，有時(shí)發(fā)現(xiàn)下貝氏體組織；該處往里，出現(xiàn)大量殘留奧氏體，體積分?jǐn)?shù)約為40%左右。觀察發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)剝落齒面部位馬氏體針粗大，并且殘留奧氏體量比正常組織顯著增多。這表明齒輪剝落處加熱溫度過高，加熱中工件出現(xiàn)局部過熱，過熱部位正好是齒輪剝落失效部位。

分析認(rèn)為，齒輪軸淬火加熱中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，淬火后該處產(chǎn)生粗大馬氏體針和大量殘留奧氏體，在磨齒時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力促使殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，轉(zhuǎn)變中的相變應(yīng)力使齒面出現(xiàn)磨齒裂紋或在滲碳層內(nèi)產(chǎn)生沿晶裂紋缺陷。齒輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在交變接觸應(yīng)力作用下裂紋擴(kuò)展延伸，在磨齒裂紋兩邊出現(xiàn)新裂紋，從而形成網(wǎng)狀裂紋，并發(fā)展造成硬化層剝落；此外，滲碳層內(nèi)裂紋在內(nèi)、外應(yīng)力作用下裂紋擴(kuò)展并且數(shù)量增多，促進(jìn)硬化層產(chǎn)生剝落損壞。

從齒輪軸熱處理加熱方式分析工件缺陷失效特點(diǎn)與原因。齒輪軸一端朝下加熱，靠近爐底部爐溫過高，使下部齒輪軸加熱溫度偏高，這是由于爐底殘?jiān)^多造成的。分析后選用高頻退火爐淬火，齒輪軸加熱中，因工件尺寸大，但也不會造成齒輪加工時(shí)間長過熱。

為防止齒輪軸缺陷失效，防止措施如下：

(1)工件嚴(yán)格按高頻退火爐熱處理工藝規(guī)范操作，防止工件出現(xiàn)過熱過燒缺陷。

(2)在鹽浴加熱中，防止工件離電極位置太近，以保證工件加熱溫度均勻一致。

(3)鹽爐加熱生產(chǎn)中應(yīng)定期撈渣、清理爐底，防止因爐渣堆積或爐渣過多使?fàn)t底溫度偏高，以及爐渣對工件的腐蝕破壞作用。