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经碳氮共渗、淬火和低温回火处理的20CrMnTi钢变速器花键轴，有多件在使用中发生早期断裂。通过宏观检验、化学成分分析、硬度测试、金相检验等手段分析了花键轴断裂的原因。结果表明，花键轴表层存在黑色组织，导致表面硬度和疲劳强度大幅下降；而花键根部的心部组织为承载能力较差的珠光体和铁素体而非低碳马氏体，正是这些不良组织致使花键轴过早失效。