在现代化工业生产中，大多是借助机械化力量来完成大规模、精细化的生产任务的。其中，在世界工业体系中齿轮机的问世为机械装置注入了现代化的新鲜血液。当传统的变速齿轮在正常运作时，其变速轴体在旋转的过程中受到了由于重力而产生的离心力以及周期性变化的气体惯性、往复惯性的合力作用。本文主要以某台变速箱机械齿轮在投入生产一段时间周期以后，产生了齿轮轴的断裂事故。为进一步明确发生断裂的具体原因和系统存在的缺陷，优化齿轮结构体系并在后续的生产中加强设计以及检测、维修的力度，对该变速箱机械齿轮进行了综合的试验，希望能够为产品的失效分析提供科学的数据支撑和理论依据。

该变速箱机械齿轮的轴体制作的材料是强度等级为 35 的钢铁。首先，在进行内部结构检测时，通过对机械齿轮的轴体整体部位从外表上进行观察，从宏观的形态变化上进行断裂的位置节点判断及确立。从微观的外形样貌能谱分析、金属组织观察、材料化学性质的检测、材料力学性质的检测与产品生产的质量保证体系相互比较，进而初步确立变速箱机械齿轮轴体发生断裂的原因，判断是否与生产的质量不符合质量标准。在完成上述环节以后，可采用具有一定精细密度的设备对产生断裂处进行微型组织的提取和检测。本文是采用美国生产的 FEI Quanta 200 型号的扫描电镜。将提取的材料进行一定的处理，过线切割、人工打磨、机械抛光等等以后，利用电镜以及金属组织显微镜进行材料金相组织的观察。对于轴体钢材的力学性质，可采用国家关于金属材料的拉升试验方法进行检测，将取样的样品在外形上打磨加工成 V 型，其具体尺寸要求为 10mm*10mm*55mm，根据质量规范要求在试验的机床上进行室内常温冲击试验。

宏观层面的外形：将变速箱机械齿轮的轴体从断裂的部分进行宏观层面的观察，发现，其具体的齿轮轴体断裂位置是位于螺杆和螺帽的配合连接处，且断裂的方式为疲劳性断裂。观察断裂的纹路可得，发生断裂的源头起始于轴体的一侧的表面螺纹根部。在强应力的作用下，其延展的方向向横向断面开始扩展，并迅速至圆柱的背面，从而产生纵向化的断裂。在横向区域的断裂处不难发现，整体的疲劳区面积约占断口面积的 1/3，进而表明了齿轮在实际的生产生活中承受着较大强度的应力作用，且具有一定的往复循环性。在进行断裂宏观外形的观察和检测时，没有发现具有明显特征的弹性变化或质量缺陷。 

断裂材料组织的化学成分、力学性质：当对变速箱机械齿轮的轴体材料相关属性进行检测的时候，对于其化学成分以及性质的检测可采用常见的等离子光谱法。根据检测的数据显示，可以看出变速箱的齿轮轴体材料化学成分满足国家相关质量规范要求，进而排除了由于齿轮轴体自身材料化学成分不达标所产生的断裂。同样的，对轴体进行热感拉伸试验得出，轴体的抗拉强度是满足规范要求的。

断裂口处的微观检测和处理：借助微型显微镜观察轴体的断口，在其外形外貌上不难看出，机械齿轮轴在断裂处的组织磨损程度较大。在结构的边部有一定的台阶，存在明显的疲劳性拓展弧线。其中，边部的延展线向中心部进行了拓展约为 2mm。观察断口处的样貌，在横向断口处有明显可见的韧窝状。此外，不论是从中心源区还是延展区、断裂区都可以观察到整个断口处没有大面积的杂质和其他金属质量缺陷。在进行源区域周围的金属组织观察，可以看出其根部的螺纹没有出现明显的裂痕或缺陷，其结构组织为正常的回火索氏体，边部也没有出现相对的碳化现象。在最靠近中心部的基体上，组织结构仍旧保留为原来的体系，也没有出现一定的气孔和冶金缺陷。由此可见，经过系统的综合性分析，当轴体在自身力学性能较弱的情况下，由于往复且循环的外应力，会导致齿轮的轴体出现断裂。其产生疲劳裂痕的开端是在外力集中在根部螺纹时，经过短暂的扩充以后，从横向以及纵向两个方位进行最终的组织断开。

综上所述，当变速箱机械齿轮轴体材料的化学成分和力学性质在吗，满足国家生产质量安全等有关规范时，对其进行宏观和微观上测试发现，产生断裂的主要原因在于它结构内部组织的疲劳。主要疲劳集中点位于应力较为大的螺纹根部上，并经过短期的延伸后造成断裂。因此，在此基础上要进一步加强对轴体根部组织的抗拉能力，以改善出现的问题。