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（其他）
齿轮油泵轴的失效分析及优化设计.doc
（其他）
金相图.doc
（其他）
图1.DWG
（图纸）
图2.dwg
（图纸）
图3.dwg
1、面明显可见两个试样在疲劳裂纹扩展区在细微形貌呈现出很大的不同，试样的条纹线比较细密，平整。而试样的条纹线间距较大且比较粗糙，有明显的台阶，这是因为齿轮轴心部组织参数影响着裂纹的扩展机制及断裂形貌.而影响齿轮轴心部组织的因素大致有淬火加热过程,冷却过程及原始组织等加热过程齿轮轴淬火加热时，若加热温度不足或保温时间不够，则会出现心部的铁素体组织不能完全奥氏体化，那么淬火冷却后大量的未溶铁素体就保留下来，如图由于铁素体组织的强度很低,在使用过程中,铁素体在应力的作用下便处于加工硬化状态下，这种加工硬化的程度随着时间的增长而增加，增加到了定。此后，转入去载后半周期，沿滑移带向相反方向滑移，裂纹前端相互挤压，在加载半周期中形成的新表面被压向裂纹平面，其中部分发生折叠而形成新的切口，结果造成个新的疲劳纹，其间距为。如此循环往复，裂纹不断向前扩展，不断形成疲劳纹图疲劳条纹的形成机理从疲劳裂纹的形成机理可知，疲劳条纹是在循环应力的作用下产生的。因此从理论讲，每条纹代表次载荷循环，疲劳条纹的数量与载荷的循环次数相等。但在实际断口中，疲劳条纹的数量与载荷的循环次数未必相等，这是因为应力状态影响着疲劳条纹的产生。同时循环应力大小还影响着条纹间距的大小。在裂纹扩展的初期由于裂纹非常短小。
2、意图扫描电镜的分析显示了齿轮轴微观断口上存在疲劳条纹，因此可进步从口的微观形貌上确定齿轮轴的断裂性质为疲劳断裂。但并不是所有的疲劳断裂都有疲劳条纹的产生。疲劳条纹是在定的应力应变条件下产生的，关于它的形成机理，可用塑性钝化模型加以说明。其示意图如图所示。未加载荷时裂纹形态如图中，在加载阶段张应力的作用下，裂纹张开，裂纹前端两个小切口使滑移集中于裂纹平面成。角的滑移带上，二个滑移带相互垂直，如，当张应力达到最大时，如，裂纹因变形使应力集中的效应消失，裂纹前段的滑移带变宽，裂纹前段钝化，呈半圆状，在此过程中产生新的表面并使裂纹向前扩展。。迹外几乎没有特征。只对少数金属在断日上可见许多细小的平行的与台阶呈交角的滑移线，有的除了滑移线外，在稍稍离开裂纹源附近的孤立区域内，还可看到非常细密的疲劳纹.疲劳源区前沿出现的擦伤痕迹就是疲劳裂纹扩展第阶段留下的形貌特征。疲劳裂纹第阶段扩展的模型为塑性钝化模型，扩展过程如图所示口。图裂纹第阶段扩展的塑性钝化模型随着裂纹的不断扩展，微观断口上逐渐出现了系列基本相互平行且略带弯曲的弧形条纹线即疲劳条纹，是疲劳裂纹第二阶段扩展所留的典型特征。疲劳裂纹第阶段及第二阶段扩展的金相组织照片及示意图如图所示。图疲劳裂纹扩展的二个阶段的金相照片及示。
3、容易快速扩展，最终导致齿轮轴早期脆断。图粗大的板条马氏体.冷却过程齿轮轴正常加热后,若淬火冷却时冷却速度不够,在齿轮轴心部组织中就会出现羽毛状上贝氏体等非正常淬火组织,淬火后齿轮轴心部的组织为板条马氏体羽毛状上贝氏体粒状贝氏体少量的铁素体.羽毛状上贝氏体组织不仅塑韧性差,心部中出现马氏体和上贝氏体的混合组织,就容易在上贝氏体组织中萌生裂纹,同时在上贝氏体组织中裂纹还扩展得快.这是因为在混合组织中,疲劳裂纹部是沿合金内部剪切抗力低的组织进行,所以在马氏体和上贝氏体的混合组织中,裂纹部是沿着上贝氏体扩展.因此心部组织中若出现板条马氏体和。面明显可见两个试样在疲劳裂纹扩展区在细微形貌呈现出很大的不同，试样的条纹线比较细密，平整。而试样的条纹线间距较大且比较粗糙，有明显的台阶，这是因为齿轮轴心部组织参数影响着裂纹的扩展机制及断裂形貌.而影响齿轮轴心部组织的因素大致有淬火加热过程,冷却过程及原始组织等加热过程齿轮轴淬火加热时，若加热温度不足或保温时间不够，则会出现心部的铁素体组织不能完全奥氏体化，那么淬火冷却后大量的未溶铁素体就保留下来，如图由于铁素体组织的强度很低,在使用过程中,铁素体在应力的作用下便处于加工硬化状态下，这种加工硬化的程度随着时间的增长而增加，增加到了定。
4、故渗碳后渗碳层中含有少量的残余奥氏体是有利的。由此可见，渗层组织中存在残余奥氏体有利也有弊，所以在渗层组织中要控制残余奥氏体的含量。若基体组织中含有大量的残余奥氏体，则也会促使疲劳裂纹的萌生。通过上述金相组织检查，发现两根齿轮轴的残余奥氏体含量正常。.原材料中缺陷原材料组织中的低倍缺陷如疏松白点非金属夹杂物等缺陷存在，不仅破坏了基体的连续性，使有效截面减少，降低其强度，而且在缺陷处会产生应力集中现象。对于疲劳破坏来说，这些缺陷的危害尤以夹杂物为最严重。夹杂物往往被视为疲劳断裂显微裂纹的发源地。从金相分析可知，齿轮轴的夹杂物满足技术要。意图扫描电镜的分析显示了齿轮轴微观断口上存在疲劳条纹，因此可进步从口的微观形貌上确定齿轮轴的断裂性质为疲劳断裂。但并不是所有的疲劳断裂都有疲劳条纹的产生。疲劳条纹是在定的应力应变条件下产生的，关于它的形成机理，可用塑性钝化模型加以说明。其示意图如图所示。未加载荷时裂纹形态如图中，在加载阶段张应力的作用下，裂纹张开，裂纹前端两个小切口使滑移集中于裂纹平面成。角的滑移带上，二个滑移带相互垂直，如，当张应力达到最大时，如，裂纹因变形使应力集中的效应消失，裂纹前段的滑移带变宽，裂纹前段钝化，呈半圆状，在此过程中产生新的表面并使裂纹向前扩展。。
5、，齿轮轴的实际承载面积较大，单位面积上所受的应力较小，裂纹扩展相对比较缓慢，因此每应力循环作用后留下的条纹间距较小，条纹相对比较密集。随着裂纹的不断扩展，实际承载面积不断减小，应力就不断增大，裂纹扩展的速度不断加快，因此每应力循环作用后留下的条纹间距不断增大。在裂纹扩展的后期由于裂纹的快速扩展还导致断口变得越来越粗糙。在疲劳扩展区还可见裂纹扩展时形成的二次台阶，这是因为疲劳裂纹在慢速扩展过程中，由于裂纹的出现，相应的承载面积就不断减小，应力也就发生了变化，因此裂纹扩展速度和扩展方向就会发生改变，从而形成二次台阶。从号试样和号试样的断。求。疲劳裂纹扩展原因分析以几分析的是引起疲劳源的主要原因，下面还需对疲劳裂纹扩展过程及扩展区的形貌和扩展机理进行分析，找出促使疲劳裂纹快速扩展的主要原因。疲劳裂纹的扩展从微观角度出发可把它分成两个阶段，第阶段是当疲劳裂纹的核心在试样表面滑移带或缺陷处晶界上形成后，立即沿滑移带的主滑移面向金属内部伸展。此滑移面的取向大致与正应力成交角，当裂纹遇到晶界时，其位向稍有偏离，但就裂纹宏观平面的总体来说，仍保持与应力轴成交角。第阶段裂纹总是沿着最大切应力方向的滑移面扩展。但对于大多数实际应用的工程材料，第阶段扩展的断口区域极小，因此除了擦伤痕。
6、此后，转入去载后半周期，沿滑移带向相反方向滑移，裂纹前端相互挤压，在加载半周期中形成的新表面被压向裂纹平面，其中部分发生折叠而形成新的切口，结果造成个新的疲劳纹，其间距为。如此循环往复，裂纹不断向前扩展，不断形成疲劳纹图疲劳条纹的形成机理从疲劳裂纹的形成机理可知，疲劳条纹是在循环应力的作用下产生的。因此从理论讲，每条纹代表次载荷循环，疲劳条纹的数量与载荷的循环次数相等。但在实际断口中，疲劳条纹的数量与载荷的循环次数未必相等，这是因为应力状态影响着疲劳条纹的产生。同时循环应力大小还影响着条纹间距的大小。在裂纹扩展的初期由于裂纹非常短小。程度后就会产生裂纹，形成疲劳源。同时由于大量铁素体的存在割裂了马氏体基体的连续性，因此心部的强度就会大大下降,旦出现裂纹,就会是疲劳裂纹加速扩展.另据文献资料证实,当马氏体基体组织中分布大量铁素体是,疲劳裂纹扩展的门槛值就会大大降低疲劳裂纹扩展门槛值越低裂纹越容易扩展。由此可见,当基体含有大量铁素体是会大大加快裂纹的扩展.从宏观上来看,就会出现凸轮轴由于强度不足而导致早期断裂.图大量的铁素体.马氏体反之,若齿轮淬火加热是温度太高，则会使心部组织急剧长大，冷却后出现粗大的板条马氏体，如图.由于组织结构粗大,因此韧性很差,那么疲劳裂纹就。
7、求。疲劳裂纹扩展原因分析以几分析的是引起疲劳源的主要原因，下面还需对疲劳裂纹扩展过程及扩展区的形貌和扩展机理进行分析，找出促使疲劳裂纹快速扩展的主要原因。疲劳裂纹的扩展从微观角度出发可把它分成两个阶段，第阶段是当疲劳裂纹的核心在试样表面滑移带或缺陷处晶界上形成后，立即沿滑移带的主滑移面向金属内部伸展。此滑移面的取向大致与正应力成交角，当裂纹遇到晶界时，其位向稍有偏离，但就裂纹宏观平面的总体来说，仍保持与应力轴成交角。第阶段裂纹总是沿着最大切应力方向的滑移面扩展。但对于大多数实际应用的工程材料，第阶段扩展的断口区域极小，因此除了擦伤痕。羽毛状上贝氏体混合组织.则会使齿轮轴的性能恶化,最终导致齿轮轴断裂.号试样以生正断型旋转弯曲扭转疲劳断裂,下是由于其心部的脆性所致.图板条马氏体羽毛状上贝氏体粒状贝氏体少量的铁素体图魏氏组织由于热处理不当导致号试样心部出现上贝氏体组织，上贝氏体组织的脆性促使裂纹快速扩展，因此使得断口上留下了明显脆性特征。而号试样心部组织正常，所以断口比较平整光滑。由齿轮轴的结构及工况可知，齿轮轴与提前器之间的扭矩传递是靠两锥面贴合产生的摩擦力来实现的，因此两锥面的贴合面积直接影响到扭矩的传递。通过对两锥面的实际贴合面积的检测发现贴合面积小于技术要求。
8、迹外几乎没有特征。只对少数金属在断日上可见许多细小的平行的与台阶呈交角的滑移线，有的除了滑移线外，在稍稍离开裂纹源附近的孤立区域内，还可看到非常细密的疲劳纹.疲劳源区前沿出现的擦伤痕迹就是疲劳裂纹扩展第阶段留下的形貌特征。疲劳裂纹第阶段扩展的模型为塑性钝化模型，扩展过程如图所示口。图裂纹第阶段扩展的塑性钝化模型随着裂纹的不断扩展，微观断口上逐渐出现了系列基本相互平行且略带弯曲的弧形条纹线即疲劳条纹，是疲劳裂纹第二阶段扩展所留的典型特征。疲劳裂纹第阶段及第二阶段扩展的金相组织照片及示意图如图所示。图疲劳裂纹扩展的二个阶段的金相照片及示。故渗碳后渗碳层中含有少量的残余奥氏体是有利的。由此可见，渗层组织中存在残余奥氏体有利也有弊，所以在渗层组织中要控制残余奥氏体的含量。若基体组织中含有大量的残余奥氏体，则也会促使疲劳裂纹的萌生。通过上述金相组织检查，发现两根齿轮轴的残余奥氏体含量正常。.原材料中缺陷原材料组织中的低倍缺陷如疏松白点非金属夹杂物等缺陷存在，不仅破坏了基体的连续性，使有效截面减少，降低其强度，而且在缺陷处会产生应力集中现象。对于疲劳破坏来说，这些缺陷的危害尤以夹杂物为最严重。夹杂物往往被视为疲劳断裂显微裂纹的发源地。从金相分析可知，齿轮轴的夹杂物满足技术要。
9、程度后就会产生裂纹，形成疲劳源。同时由于大量铁素体的存在割裂了马氏体基体的连续性，因此心部的强度就会大大下降,旦出现裂纹,就会是疲劳裂纹加速扩展.另据文献资料证实,当马氏体基体组织中分布大量铁素体是,疲劳裂纹扩展的门槛值就会大大降低疲劳裂纹扩展门槛值越低裂纹越容易扩展。由此可见,当基体含有大量铁素体是会大大加快裂纹的扩展.从宏观上来看,就会出现凸轮轴由于强度不足而导致早期断裂.图大量的铁素体.马氏体反之,若齿轮淬火加热是温度太高，则会使心部组织急剧长大，冷却后出现粗大的板条马氏体，如图.由于组织结构粗大,因此韧性很差,那么疲劳裂纹就 。，齿轮轴的实际承载面积较大，单位面积上所受的应力较小，裂纹扩展相对比较缓慢，因此每应力循环作用后留下的条纹间距较小，条纹相对比较密集。随着裂纹的不断扩展，实际承载面积不断减小，应力就不断增大，裂纹扩展的速度不断加快，因此每应力循环作用后留下的条纹间距不断增大。在裂纹扩展的后期由于裂纹的快速扩展还导致断口变得越来越粗糙。在疲劳扩展区还可见裂纹扩展时形成的二次台阶，这是因为疲劳裂纹在慢速扩展过程中，由于裂纹的出现，相应的承载面积就不断减小，应力也就发生了变化，因此裂纹扩展速度和扩展方向就会发生改变，从而形成二次台阶。从号试样和号试样的断。
10、羽毛状上贝氏体混合组织.则会使齿轮轴的性能恶化,最终导致齿轮轴断裂.号试样以生正断型旋转弯曲扭转疲劳断裂,下是由于其心部的脆性所致.图板条马氏体羽毛状上贝氏体粒状贝氏体少量的铁素体图魏氏组织由于热处理不当导致号试样心部出现上贝氏体组织，上贝氏体组织的脆性促使裂纹快速扩展，因此使得断口上留下了明显脆性特征。而号试样心部组织正常，所以断口比较平整光滑。由齿轮轴的结构及工况可知，齿轮轴与提前器之间的扭矩传递是靠两锥面贴合产生的摩擦力来实现的，因此两锥面的贴合面积直接影响到扭矩的传递。通过对两锥面的实际贴合面积的检测发现贴合面积小于技术要求。容易快速扩展，最终导致齿轮轴早期脆断。图粗大的板条马氏体.冷却过程齿轮轴正常加热后,若淬火冷却时冷却速度不够,在齿轮轴心部组织中就会出现羽毛状上贝氏体等非正常淬火组织,淬火后齿轮轴心部的组织为板条马氏体羽毛状上贝氏体粒状贝氏体少量的铁素体.羽毛状上贝氏体组织不仅塑韧性差,心部中出现马氏体和上贝氏体的混合组织,就容易在上贝氏体组织中萌生裂纹,同时在上贝氏体组织中裂纹还扩展得快.这是因为在混合组织中,疲劳裂纹部是沿合金内部剪切抗力低的组织进行,所以在马氏体和上贝氏体的混合组织中,裂纹部是沿着上贝氏体扩展.因此心部组织中若出现板条马氏体和。
参考资料：
（独家原创）齿轮油泵轴的失效分析及优化设计（全套CAD图纸完整版）
