端齒盤(pán)嚙合結(jié)構(gòu)常用于壓縮機(jī)齒輪軸與葉輪的連接固定，該結(jié)構(gòu)具有傳遞扭矩大、傳遞平穩(wěn)、對(duì)中性好、可頻繁拆卸等優(yōu)點(diǎn)。某壓縮機(jī)運(yùn)行約1 a后，其5級(jí)葉輪側(cè)的齒輪軸端齒盤(pán)發(fā)生斷齒現(xiàn)象，其他各級(jí)端齒盤(pán)均未發(fā)現(xiàn)裂紋或斷齒缺陷，斷裂端齒副的宏觀形貌如圖1所示。該齒輪軸的材料為18CrNiMo7-6鋼，經(jīng)鍛造、粗加工后，對(duì)其整體進(jìn)行滲碳淬火，以滿足斜齒輪的滲碳層要求。軸端齒采用切削加工，切削掉滲碳層后，齒面應(yīng)滿足材料滲碳淬火心部的組織與硬度要求。該壓縮機(jī)的工作介質(zhì)為N2，工作溫度約為80 ℃。服役時(shí)，該級(jí)齒輪軸端齒盤(pán)（主動(dòng)端）帶動(dòng)葉輪端齒盤(pán)（從動(dòng)端）做逆時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)N2進(jìn)行壓縮。筆者采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、掃描電鏡（SEM）和能譜分析、金相檢驗(yàn)等方法查明了軸端齒的斷裂原因，并提出了改進(jìn)建議，以避免該類問(wèn)題再次發(fā)生。

圖 1 斷裂端齒副的宏觀形貌

1. 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

軸端齒斷口的宏觀形貌如圖2所示。由圖2可知：斷裂均發(fā)生在沿單齒齒寬方向的外端，斷口無(wú)塑性變形，呈宏觀脆性斷裂特征；斷口1與軸向約呈45°，存在臺(tái)階特征，臺(tái)階收斂于承載側(cè)齒面的磨痕處；斷口2可見(jiàn)多個(gè)大致平行的臺(tái)階，臺(tái)階同樣起源于承載側(cè)齒面的磨痕處，說(shuō)明該處為斷口2的裂紋源區(qū)；斷口2裂紋擴(kuò)展前期較平坦，大致與軸向垂直，擴(kuò)展后期斷口與軸向約呈45°。

圖 2 軸端齒斷口的宏觀形貌

未斷裂軸端齒的宏觀形貌如圖3所示。由圖3可知：承載側(cè)齒面上均存在磨痕，沿齒寬方向的外端磨痕光亮，內(nèi)端磨痕暗淡，部分齒面的亮區(qū)與暗區(qū)界限清晰，與軸向約呈45°，與斷口的方向大致相同；非承載側(cè)齒面上同樣存在不同程度的摩擦損傷。

圖 3 未斷裂軸端齒的宏觀形貌

1.2 化學(xué)成分分析

對(duì)斷裂端齒盤(pán)進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知：斷裂端齒盤(pán)的化學(xué)成分符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)18CrNiMo7-6鋼的要求。

1.3 力學(xué)性能測(cè)試

對(duì)斷裂齒面進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果如表2所示。由表2可知：斷裂齒面的硬度不符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

對(duì)5級(jí)葉輪側(cè)的中心拉桿進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示，可見(jiàn)其拉伸性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 掃描電鏡（SEM）及能譜分析

對(duì)軸端齒斷口進(jìn)行SEM分析，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：裂紋均起源于齒面磨痕處，疲勞臺(tái)階清晰可見(jiàn)；斷口1裂紋擴(kuò)展區(qū)可觀察到疲勞輝紋和二次裂紋，斷口2裂紋擴(kuò)展區(qū)可見(jiàn)交變載荷作用下的擠壓痕跡，兩斷口均符合疲勞斷裂的形貌特征；瞬斷區(qū)可見(jiàn)韌窩花樣，深度約為36 μm。

圖 4 軸端齒斷口的SEM形貌

對(duì)斷口1源區(qū)附近的齒面進(jìn)行SEM分析，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：低倍下，可見(jiàn)層狀的摩擦條痕，磨光區(qū)與粗糙區(qū)交替分布；高倍下，磨光區(qū)呈犁溝特征，存在微裂紋，粗糙區(qū)可見(jiàn)磨屑堆積和材料剝落后形成的麻坑。

圖 5 斷口1源區(qū)附近齒面的SEM形貌

對(duì)磨屑進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：磨屑中含有Ni、Nb、Ti、Al等元素，為端