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材质为18CrNiMo7-6 钢的某齿轮轴经渗碳＋淬火＋回火热处理并放置５天后发生轴向开裂，齿轮轴加工工艺为：正火→回火→车削→渗碳→淬火→低温回火。为了明确齿轮轴的失效性质和原因，对齿轮轴断口进行了宏、微观形貌观察和能谱成分分析，对材料微观组织进行了检查，并且测试了材料的硬度和氢含量。在明确齿轮轴失效机理的基础上，提出了相应的预防措施。

试验材料及方法

采用体式显微镜对齿轮轴断口宏观形貌进行分析，采用场发射扫描电镜对齿轮轴断口微观形貌进行分析；采用扫描电镜附带的能谱分析仪对齿轮轴断口进行微区成分分析；从齿轮轴齿部位置断口附近切取横截面试样，试样磨抛后采用显微维氏硬度计对表层进行维氏硬度测试，载荷砝码为500ｇ从齿轮轴齿部位置断口附近切取横截面试样，经磨抛、腐蚀后在光学显微镜下观察表层和基体微观组织；分别从齿轮轴近表面和心部切取 ϕ５ｍｍ ×５ｍｍ 的圆柱试样，采用氧氮氢分析仪进行氢含量测试。

预防措施 

根据钢制零件氢脆失效的影响因素，通常从以下三方面考虑预防措施：①降低材料中的氢含量；②调整热处理工艺以适当降低材料的强度；③适当减小拉应力水平。齿轮轴基体氢含量较低，且齿轮轴基体硬度符合技术要求，因此可以从减小拉应力水平的角度来图７氧化铝夹杂附近氢原子的聚集以及氢致裂纹的萌生示意图。

齿轮轴内部存在大尺度条状氧化铝夹杂，导致较大应力集中，是其发生氢脆开裂的主要原因。因此，应严格控制齿轮轴的材质。此外，应对齿轮轴内部的大尺度非金属夹杂加强检测。由于裂纹源区的大尺度氧化铝夹杂是偶然存在的外来夹杂物，而非材料中数量较多且分布相对均匀的内生夹杂物，偶然存在的外来夹杂物通过常规的金相检查很难发现，可采用超声、涡流等无损检测方法进行检测。 

结论和建议 

１）齿轮轴开裂性质为氢致延迟脆性开裂。

２）齿轮轴内部基体存在大尺度条状氧化铝夹杂，导致较大应力集中，是其发生氢脆开裂的主要原因。 

３）应严格控制齿轮轴的材质。此外，可以采用超声、涡流等无损检测方法对齿轮轴内部的大尺度非金属夹杂进行检测，以防止同类故障的发生。

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