16MnCr5钢齿轮轴是卡车转向系统中传递扭矩的重要运动部件，其疲劳设计寿命为5万次。然而，试验结果的寿命仅为两个设计寿命的一半左右。采用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度计对失效齿轮轴的显微组织、夹杂物、相组成和显微硬度进行了表征。结果表明：齿顶圆角、节圆和齿根处出现裂纹；16mncr5钢中夹杂物的大小和分布对齿轮表面裂纹的萌生也有一定的影响。渗碳淬火硬化层表面硬度较低。热处理后形成非马氏体组织，右齿面发生加工硬化，严重影响齿轮的接触疲劳程度。
本文的研究对象为16MnCr5齿轮轴。原厂生产的产品使用正常，但引进新厂生产时出现问题。本文对16MnCr5齿轮轴进行了详细的失效分析，并给出了工艺优化方案。
本文采用夹杂物检测的方法，分析了齿轮轴断裂的原因。主要结论可以总结如下。
渗碳淬火硬化层表面硬度较低。热处理后形成非马氏体组织，右齿面发生机加工硬化，严重影响齿轮的接触疲劳程度。夹杂物的存在降低了钢的机械性能和疲劳性能，使齿轮轴在承受载荷时产生裂纹，并且裂纹会在交变载荷下扩展直至断裂。齿轮轴的断裂与主应力方向成45◦角。断口呈径向断口，断口处存在大量韧窝，从而确定齿轮轴为韧性断裂。
