弧齒錐齒輪軸是微型汽車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)重要零件，工件材料為20CrMnTi鋼。該齒輪模鍛成形，鍛后正火，880-900℃，然后機(jī)加工，滲碳并淬回火處理，870℃預(yù)滲后830℃強(qiáng)滲，870℃擴(kuò)散后降溫至830℃油冷淬火，最后180-200℃回火。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，弧齒錐齒輪軸出現(xiàn)多起斷裂失效事故，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)分析其缺陷產(chǎn)生的原因，發(fā)現(xiàn)采用中頻感應(yīng)加熱電源進(jìn)行淬火熱處理，效果良好，避免了上述缺陷的產(chǎn)生。

檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，齒輪斷裂部分多在齒輪與軸過渡圓角處，部分在齒輪軸中部斷裂破壞?；瘜W(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)，工件鋼材中S、P、Si、Cu等雜質(zhì)元素含量過高，有的元素如S、P含量高達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值的10倍或更多。掃描電鏡斷口觀察發(fā)現(xiàn)，斷口均呈沿晶斷裂。斷裂源區(qū)域存在大量大塊Si-A1夾雜、A1-Si夾雜和Ca-Mg夾雜以及Ca-A1-Si夾雜和疏松孔洞缺陷。

分析認(rèn)為，齒輪材料中S、P、Si、Cu雜質(zhì)含量過高，特別是S、P含量過高，偏聚在晶界上，極易出現(xiàn)工件沿晶斷裂，是齒輪軸早期斷裂的主要原因。同時(shí)，斷裂源區(qū)存在許多大塊非金屬夾雜物，其強(qiáng)度低，相當(dāng)于工件表面的裂紋，在較低應(yīng)力下裂紋萌生擴(kuò)展并使零件產(chǎn)生脆性斷裂，斷裂源區(qū)大量非金屬夾雜物存在是工件斷裂的重要原因。此外，齒輪與軸過渡圓角處正是機(jī)加工后應(yīng)力集中處，因而促使工件斷裂在該處發(fā)生，當(dāng)齒輪軸受到外力超過工件缺陷部位抗拉強(qiáng)度時(shí)，齒輪軸發(fā)生斷裂就是自然的了。

綜上分析，提出20CrMnTi弧齒錐齒輪軸斷裂失效防止措施如下：

（1）嚴(yán)格齒輪鋼材20CrMnTi鋼棒質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)，防止P、S、Cu、Si等雜質(zhì)元素超標(biāo)及夾雜物含量超標(biāo)。夾雜物特別是S、P嚴(yán)重超標(biāo)和非金屬夾雜物大量存在是工件斷裂的根本原因。

（2）采用中頻感應(yīng)加熱電源進(jìn)行淬火熱處理，溫度為800℃，水冷卻。

采用改進(jìn)工藝后，弧齒錐齒輪軸的斷裂缺陷不見了，而且使用壽命較大提高，滿足了工作的需要。更好的是此工藝適合大批量大規(guī)模生產(chǎn)，可以較大提高工人的生產(chǎn)效率。