印刷机是现代机械领域高精密设备的一种,齿轮是保证印刷机正常运行的关键性零部件,也是印刷机设备中数量最多的零部件,对印刷品的质量至关重要。为提高齿轮零部件的力学性能及服役寿命,工程中一般会采用表面处理技术在零部件表面形成一层强化层,这层强化层在服役过程中提高了零部件的耐磨性,延长了零部件的使用寿命,但对已具有服役历史的零部件进行再制造时,强化层的存在使裂纹扩展更加复杂,对再制造提出了更大的挑战。感应淬火是常用的表面强化技术,本文以42CrMo齿轮钢为研究对象,通过不同感应淬火参数得到不同深度淬硬层,研究材料内部力学性能和裂纹扩展演变规律,探究弯曲疲劳寿命与淬硬层深度的关系,结合裂纹萌生及扩展规律为再制造过程中合理去除深度提供参考。本文主要开展了如下研究:1、采用超高频GCT-1200立式感应淬火机床对试样进行不同工艺的感应淬火处理,得到0.60mm和1.42mm两种深度的淬硬层,试样表层为细小的回火马氏体组织,随着深度的增加,逐渐出现细小的珠光体组织,过渡区由回火马氏体、珠光体及铁素体三种组织构成,基体组织为铁素体与珠光体的混合组织:含淬硬层试样表面硬度均有明显提高,在试样表面引入了较大的残余压应力,并在次表面残余压应力达到最大。含淬硬层试样在服役过程中,残余应力松弛与lgN之间呈现幂指数变化关系,建立数学模型后发现,淬硬层深度对残余应力松弛的影响大于载荷对残余应力松弛的影响。2、采用GPS-200高频疲劳试验机对淬火及基体试样开展三点弯曲疲劳试验,对三种试样进行疲劳寿命分析后表明,施加载荷越大,疲劳寿命越短,淬硬层深度越深,寿命越短。三种试样S-N曲线均呈非线性关系,对数据处理后发现,疲劳寿命与lgN呈明显的线性关系。3、对断裂试样的断口进行扫描电镜观察,发现基体试样裂纹萌生于边角处,在次表面观察到有明显的裂纹,随着载荷的逐渐增大,裂纹源增多并逐渐向中心区域靠拢;含有强化层的试样因进行感应淬火,形成一条与试样表面平行的条带区,此条带区既是裂纹源区又是裂纹扩展区,含淬硬层试样裂纹向两个方向扩展,分别是沿淬硬层的横向扩展和向内部的散射扩展。4、淬硬层深度一定时,随着载荷的逐渐增大,裂纹源区和扩展区逐渐缩小,疲劳寿命逐渐降低:载荷大小一定时,淬硬层深度较深的试样裂纹源区和扩展区反倒更小,疲劳寿命较短,这是因为在感应淬火过程中,较浅的试样表面淬火速度快、冷却速度高,表面晶粒更加细密,引入了更大的残余压应力。通过分析发现,扩展区与瞬断区交界线距边角距离与时间的关系分为两个阶段,第一阶段占总体的7.2%,拟合距离与时间的关系,得出如何处理强化层深度的数学模型。