本文对断裂中间轴齿轮进行断口观察、化学成分复检、基体硬度和显微组织检验。结果表明，中间轴齿轮的三档齿轮在齿根R圆角处断裂为疲劳断裂，断裂疲劳源于中间轴齿轮三档齿轮的R偏离圆角，此处的切削刀痕形成应力集中，因而引发疲劳断裂。

某车20CrMo钢制变速器中间轴齿轮零件加工工艺路线为锻造—等温正火—粗车—精车—滚齿—剃齿—渗碳淬火、回火处理—抛丸—精磨轴颈—啮合—装机使用。针对中间轴齿轮在装车运行9063km时，中间轴齿轮的三档齿轮齿根部出现断裂现象的情况，本文进行了多方面的分析。

理化检验

1.断口宏观特征

宏观断口形貌如图1所示，整个断口为三个区域：

（1）在三档齿轮齿根圆角R处的断口边缘略呈放射状的贝纹线（见图2），由此看来，该区域为断裂源区，在源区及附近未见夹杂和原始缺陷。

（2）在源区的上方，对此区域观察可见，一方面有源区延伸而出的贝纹线沿原来前进的方向继续的同时，伴随出现了大致以源区为圆心的弧线，故可判断此部分为扩展区（见图3），而且扩展区的开始阶段到中间阶段，疲劳弧线的条数很多且间距较小，弧线带较细，说明轴齿轮材料的塑性较好。疲劳裂纹扩展迅速较快，说明中间轴齿轮在运行过程中所承受的交变旋转弯曲应力较大。

（3）以上两个区域之外的部分为瞬断区，整个断面呈现完全断裂状态（见图4）。同时，由于该车没有及时地停机，碎的齿块夹入运转的齿中，增加了齿轮的载荷，这样就在较短的时间内劣化扩展开来，断齿快速增加促使部分齿从根部R处疲劳断裂。

2.中间轴齿轮三档齿轮齿根R处加工状态检测

中间轴齿轮齿根部过渡区检测，结果如图5所示。从检测结果可以看出，中间轴齿轮齿根R处表面残留着切削刀痕和尖锐的交汇线，导致了该处的应力集中，提高了该处应力，而使裂纹容易出现。

3.断口微观检测

（1）低倍及显微观察 纵向切去断裂件进行低倍观察，其流线均符合零件外形，未见缺陷。其夹杂物数量较少，按GB10561评定，其脆性夹杂物为1.0级，塑性夹杂物为0.5级。在断裂位置进行齿根R圆角测量，可观察到齿根处几乎无圆角，且在此表面有突起的毛刺（见图6），也说明了中间轴齿轮齿根处不光滑。

（2）金相组织检验 对断裂源区有效硬化层深度检测（见图7），渗碳层组织和心部组织如图8、图9所示，检验结果（见表1）符合中间轴齿轮设计资料。

4.硬度检验

对中间轴齿轮进行表面硬度、心部硬度检验，结果如表2所示，检验结果符合中间轴齿轮设计资料要求。

5.化学成分分析

材料化学成分的上下波动，尤其是构成材料的主要化学含量分数的变化，对材料热处理后的性能会产生显著的影响。对中间轴齿轮取样进行化学成分（质量分数）复验，结果如表3所示。断裂中间轴齿轮材质均符合GB/T3077-1999的20CrMo钢的要求。

中间轴齿轮断裂原因分析

根据以上检测结果，中间轴齿轮材料的化学成分、渗碳淬火、回火组织及硬度均合格。断裂中间轴齿轮在工作过程中，由于中间轴齿轮三档齿轮齿根R处存有较重加工刀痕、金属微观损伤交汇线，当中间轴齿轮三档齿轮表面这些加工缺陷达到一定程度并处于与交变的主应力面平行时便形成了疲劳源，此处开始产生裂纹并扩展。因此，提高加工精度及表面粗糙度，对减少疲劳裂纹是有利的。

结论

中间轴齿轮三档齿轮齿根R处表面残留着切削刀痕，中间轴齿轮在交变旋转弯曲应力作用下，中间轴齿轮三档齿轮疲劳源产生于齿轮的齿根R处，并不断扩展，直至引发中间轴齿轮三档齿轮断裂，属于疲劳断裂。因此，在机加过程保证中间轴齿轮三档齿轮齿根R处质量，提高中间轴齿轮三档齿轮表面精度，消除尖角的交汇线，能有效减少中间轴齿轮三档齿轮运转过程的应力集中，预防中间轴齿轮发生断裂。