风电齿轮箱用输出齿轮轴，运行一段时间后发生多齿折断，齿面出现大面积金属剥落，受损情况严重，如图1所示。该齿轮材质为18CrNiMo7-6，加工工艺为正火→滚齿→渗碳+淬火→低温回火→磨齿。

1.试验材料及方法
（1）宏观分析
图2可以看出在齿面一侧节线附近存在较大面积大块金属剥落现象，剥落坑较大且深，且边缘轮廓较清晰但是形状不规则，凹坑断口较光滑，可见疲劳弧线。

（2）齿轮未受损区金相分析
显微组织（显微组织按TB/T 2254评定），如图3～图5所示。可以看出该输出轴齿轮表面组织（2级）与心部组织（6级）均符合技术标准要求。但是其齿面和齿根位置存在严重的网状碳化物，经过测量在齿面处的网状碳化物深度为0.4mm。依据TB/T 2254测得该碳化物级别为5级，不符合技术标准要求。严重的网状碳化物的存在会使渗层变脆，影响到齿轮的使用寿命。

2.试验结果与分析

由图5～图10可以看出裂纹的方向大致平行，且在微裂纹萌生位置可以看到明显的金属塑性流动，裂纹方向与塑性流动方向一致。且在节线处可以看出表面组织存在分层现象，经过分析存在3个层次，表层白亮区为淬火马氏体组织，相邻为回火区，再向里为正常的渗层组织。

由上述结果可以判断齿面金属剥落形成原因可分成四个阶段。第一阶段首先在齿面出现沿着滑动摩擦力方向的塑性流动，愈靠近表层，塑性变形愈严重。第二阶段在塑性变形的薄弱区出现沿着塑性流动方向初始裂纹，并有向深处扩展的趋势。第三阶段为初始裂纹的扩展，当润滑油油进入裂纹后被封住, 产生很大油压, 使裂纹扩展，最终形成麻点剥落。第四阶段为剥落坑继续扩大。

裂纹产生取决于应力分布及相应部位材料的抗力，在有相对滑动的条件下，在齿面切应力和摩擦力共同作用下产生微裂纹。经分析该输出齿轮轴的微裂纹形成方向与摩擦力方向一致，可见摩擦力对轮齿表面裂纹的形成起重要作用。正常情况下齿面在啮合区应存在润滑油膜，这样会大大降低轮齿间的摩擦力，起到润滑冷却作用。而图10所示区域组织表明齿轮在运行过程中节线处受到了高温淬回火，而该高温只能来自于摩擦热，说明输出轴齿轮在实际工作中润滑冷却严重不足。同时该处组织也会降低材料表面塑性抗力，降低其接触疲劳强度，加速了裂纹的形成。

在整个啮合过程中，由于轮齿表面出现了金属剥落，使齿轮接触的精度和准确性下降，在传动过程中造成轮齿局部受载不均匀。同时点蚀和剥落的存在使齿轮的啮合扭转刚度减小，在接触位置轮毂扭矩不变的情况下，使轮齿的扭转角度变大，其中轮齿在节线附近啮合时扭转角度最大。最终影响齿轮配合，造成个别轮齿过载断裂。

3.结语

（1）润滑不良和冷却的不足，使齿面啮合部位存在较大摩擦力，是此次输出轴齿轮齿面金属剥落形成的主要原因，最终导致个别轮齿过载折断。

（2）轮齿表面存在较严重的网状碳化物，会使渗层变脆，表面接触疲劳强度降低，影响齿轮的使用寿命。建议加强对热处理过程控制，减少网状碳化物的形成。