某厂行走齿轮减速器磨齿后，发现键槽孔壁周向及齿轮端面有裂纹。齿轮材料为18crnimo7-6。生产工艺为粗加工→渗碳淬火+回火→精加工(键槽开孔等)。为了确定齿轮裂纹产生的原因，进行了一系列的检测和分析。

测试过程和结果

1.1宏观检验

齿轮外圆周、内键槽孔壁和端面的圆周方向均有较长的裂纹，部分端面裂纹两侧倾斜，如图1所示。沿裂纹张开后观察断口形貌，多为银金属光泽的细瓷，未发现陈旧的断口，裂纹源在键槽根部转角处。

1.2化学成分测试

采用ICP-AES对齿轮的化学成分进行了测试，结果符合EN 884 -2008《渗碳钢交货技术条件》的要求。

1.3硬度及金相检验

齿轮的渗碳层深度约为1.58mm，齿面平均硬度为725hv1，中心硬度为43.0hrc，均满足图纸的技术要求。

根据GB / T 10561-2005《测定钢中非金属夹杂物含量的标准级配图显微检查方法》，各类非金属夹杂物均优于0.5级;根据GB / t6394-2017金属平均晶粒度测定方法，晶粒度为6.5级。

根据GB / T 25744-2010《钢中渗碳淬火回火金相检验》，齿轮渗碳层分为1级碳化物、5级马氏体和6级残余奥氏体。不符合GB / T 3480.5-2008《正齿轮斜齿轮承载能力计算第5部分:材料的强度和质量》对渗碳钢表面组织和残余奥氏体含量的要求

试样在裂纹源处切割，抛光，用4%硝酸醇腐蚀溶液腐蚀。用显微镜观察键槽表面。键槽表面粗糙，根部不规则，有微裂纹。微裂纹两侧无渗碳脱碳现象，如图5所示。

2、分析与讨论

结果表明，材料成分、夹杂物、晶粒尺寸、硬度和渗透深度均满足要求。齿轮开裂的主要原因如下。

1)由于导线切割速度过快,齿轮键槽部分粗糙、加工痕迹清晰,过渡圆角形状是不规则的,这加剧了键槽部分的应力集中,所以形成裂纹源,裂纹逐渐扩展到齿轮磨削压力的作用下。另外，线材速度过快会导致键槽表面出现白光层，白光层中存在较多的微裂纹，导致裂纹在后续加工中扩展。在制造和使用具有尖锐凹角、凸边或凹边的零件过程中，在尖锐凹角、凸边或凹边的过渡处会出现较大的应力集中，并可能形成裂纹。

另外，在加工过程中，由于操作、刀口形状和机器精度等原因造成的被加工表面粗糙的刀痕，会造成应力集中，使性能恶化。经检查发现键槽表面粗糙，表面加工刀痕清晰可见，键槽根部圆角形状不规则，应力集中较大。键槽表面有一亮白色的层，这是一层含有大量残余奥氏体的淬火层。残余奥氏体是一种不稳定的组织，它可以继续转化为马氏体并产生较大的应力。当应力集中在过渡圆角处时，过渡圆角处的应力集中现象会加剧，从而产生微裂纹。

2)渗碳层马氏体针厚，残余奥氏体含量过多，使齿轮强度降低，脆性增加。此外，大量残余奥氏体在室温下继续向淬火马氏体转化，产生较大的残余内应力，加速裂纹扩展。

3、结论与建议

由于电火花线切割速度过快，键槽表面粗糙，过渡圆角形状不规则，已加工表面产生白色光亮层。因此，键槽应力集中加剧，裂纹源在键槽内形成。在磨削应力和工件残余应力的作用下，裂纹逐渐向裂纹扩展。建议在渗碳前先磨铣键槽。如采用电火花线切割渗碳后打开键槽，应控制线切割速度，以保证键槽根部的圆角形状，提高键槽加工质量;如电火花线切割产生的白色光亮层无法避免，则电火花线切割后人工磨去。