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。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，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。由于贴合面积的减小，靠锥面贴合产生的摩擦力不能有效地传递扭矩，导致两贴合锥面产生相对运动，两锥面产生相对运动，键受到力的作用，同时把力传递到键槽侧壁，使键槽侧壁受力，促使在键槽尖角处萌生裂纹，若裂纹已萌生则会促使裂纹快速扩展。随着疲劳条纹的继续扩展，齿轮轴所受的应力随着承载面积的不断减小而大大增加，因此裂纹扩展速率急剧增加。当裂纹扩展到定深度时，齿轮轴剩余的面积无法承受载荷的作用，就会产生瞬时破断。此时从断口的微观形貌上看，疲劳裂纹的扩展机制由第二阶段的条纹机制过渡到微孔粗化机制，这也就是我们在疲劳裂纹的瞬断区所观察到的断裂机制即韧窝断裂机制。小结从齿轮轴的宏观断口上可见明显的疲劳条纹及疲劳裂纹扩展的三个不同阶段等典型特征，可推断凸轮轴的断裂性质为疲劳断裂。从宏观断口上瞬断区的大小及与裂纹源的相对位置，可进步判断该疲劳原材料不热处理号工艺渗碳车碳层十淬火回火，该工艺为我公司引进工艺之前所采用的工艺号工艺表面涂防渗剂淬火回火，该工艺为改进后的工艺。号工艺渗碳淬火回火高频退火，该工艺是断裂的齿轮轴所采用的工艺四种不同的热处理工艺参数如表所示表热处理工艺方案及基本工艺参数试验结果力学性能对完成了各种加工过程的试样分别进行拉伸，冲击及弯曲试验，具体测试数据如表力学性能测试数据从表所列的测试数据可得材料经号工艺处理后其韧性很高但强度明显不足而该材料经号和号工艺处理后的各项性能指标基本接近，具有很好的强韧结合经号工艺处理后其强度与号和号工艺处理的试样相差无几，而其韧性却远远低于号和号工艺处理的试样。金相组织对上面几组试样的断口进行金相组织分析，各组试样的组织分别如以下各照片所示图号工艺处理的金相组织铁素体珠光体图号工艺处理的表面组织板条马氏体图号工艺处理的心部组织板条马氏体铁素体图号工艺处理的表面组织板条马氏体图号工艺处理的心部组织板条马氏体铁素体图号工艺处理的表面组织屈氏体马氏体图号工艺处理的心部组织低碳马氏体铁素体从以前各金相照片可得号工艺处理的式样金相组织为铁素体珠光体号和号工艺处理的试样表面金相组织为低碳板条马氏体二心部则为低碳马氏体少量铁素体号工艺处理得试样表面金相组织为屈氏体马氏体，心部为低碳马氏体少量铁素体。综合以上机组试样的力学性能及金相组织可知，号工艺由于金相组织为铁素体珠光体决定了它具有很好的韧性但很低的强度，无法满足零件对强度的要求，所以在实际应用中很少采用号工艺试样由于在车碳层时把表面的高碳层车掉了，所以车去碳层后的表面层的碳含量与其心部的碳含量基本相近，淬火回火后的金相组织都为低碳马氏体，低碳马氏体由于它具有位错结构因此具有很号的强韧性。号工艺式样由于防渗剂具有很好的防渗效果，可有效阻止碳原子渗入式样表面所以式样表面在渗碳气氛中其实没有渗上碳式样表面的碳浓度与心部相比没发生变化，再经淬火挥霍后表面金相组织与心部样均为低碳马氏体因此该组式样也具有很好的强韧性。号工艺式样由于表面金相组织为屈氏体如前所说由，于高频退火时，表面组织发生了变化，因此在组织变化层存在微观残余组织应力，正是由于这种残余应力的存在，造成微区应力集中，使试样表面脆化，导致冲击韧性明显下降。对于齿轮轴等渗碳淬火后需要局部高频退或的零件，在局部高频退火区可用涂表面防渗剂的方法来替代高频退火，即可由号工艺代替号上艺，方面可以减少由于高频退或而带来的残余应力及各种缺陷，另方面还可以减少由于重复加热而带来的变形，减少了道工序，节约了时间，节约能源，提高了经济效益。以上工艺改进经过反复多次试验取得了满意的效果，现在我们己经在凸轮轴实物上进行了大批量试验，而且所用的品种也不断扩大至今尚未发现经过改进后的号工艺处理的凸轮轴断裂，这说明了此项热处理工艺改进卓有成效。小结设计上改进，主要是结构上优化设计，增大键槽等圆角过渡。机械加工主要是提高表面光洁度及锥面加工精度。提高材料的疲劳强度。，改进热处理工艺，以号工艺锥体表面涂防渗剂十渗碳淬火回火为性能最佳。设计心得毕业设计是我第次系统的全面独立地进行设计工作。在设计过程中，不但巩固了专业知识，加深了对知识的融会贯通，更为重要是是，培养了我严谨务实的工作作风，锻炼了我分析问题，解决问题的能力。这对我毕业后调整自我，尽快胜任工作将产生很大的作用。在毕业设计过程中，充分体会到搜集资料的重要性。时不经意中发现的段话，可我解开心中的迷惑，豁然开朗。有时却发现自己颇为得意的观点早已成为昨日黄花。在确定总体方案时，遍览资料，却发现基本上大同小异，大部分只是针对特定齿轮而设计的专用的的试验台，如果只是稍作调整根本无法实现设计目的。于是只能抛开现有技术，重新进行总体结构设计。但是由于经验不足，考虑不周，在着手设计的过程中提出的几个方案均告夭折，几易其稿，却发现很难实现对现有技术的创新。设计工作度陷入泥潭，进退两难。最终，在杨湘红老师的指导下，提出了本设计中采用的方案。通过本次毕业设计，也暴露出很多不足。在毕业设计的初期，在构思方案的过程中，表现的有些急功近利，方案的提出带有明显的主观性。在方案确定后，具体的设计过程中，暴露出知识面不够宽，考虑不够全面，有些因素没有考虑到，有些问题无法解决。参考文献藤尺英也川和静男著徐家龙译柴油机燃油喷射北京机械工业出版社无