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通过检测化学成分、观察金相组织、断口组织及测试力学性能等,结果表明：小齿轮轴存在严重枝晶状组织,降低了材料的力学性能;调质层相对较浅,对疲劳性能也有一定影响。小齿轮轴系统运行过程中,不断承受交变外应力作用时,在轴表面薄弱部位萌生了多个疲劳源,引发了小齿轮轴的多源疲劳断裂。根据分析结果,对小齿轮轴热加工工艺进行了调整。