主動錐齒輪是汽車或動力機(jī)械傳遞動力和速度的重要零件，選用的材料為20CrMnTi，其技術(shù)要求為碳氮共滲深度0.6～0.9mm，淬火后表面硬度為59～63HRC，心部硬度為33～48HRC。其加工流程為鍛造→正火→機(jī)加工→鍍銅→碳氮共滲→淬火、回火→機(jī)加工→裝配。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)在齒輪熱處理一段時間或使用中，齒尖端出現(xiàn)氫脆剝落（齒尖脫皮或脹皮）現(xiàn)象，有的齒輪出現(xiàn)氫脆裂紋和斷裂失效，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的正常生產(chǎn)。

對于失效件進(jìn)行分析，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)齒輪裝配后在螺紋空刀槽與花鍵連接R1處發(fā)生斷裂，斷口平齊，無氧化顏色和無塑性變形，呈結(jié)晶狀脆性斷裂。從斷口的微觀形貌觀察發(fā)現(xiàn)，晶面呈現(xiàn)微細(xì)的爪狀撕裂線，裂紋一方面沿晶擴(kuò)展，一方面又沿馬氏體束延伸，既呈現(xiàn)出沿晶又穿晶的混合斷裂形貌，并有較多的二次裂紋，為典型的氫脆斷裂特征。從斷裂齒輪殘留應(yīng)力測試表明，其表面為拉應(yīng)力，內(nèi)部為拉應(yīng)力，在螺紋空刀與花鍵連接處殘留應(yīng)力很大，造成工件在此處斷裂。

通過以上分析，認(rèn)為齒輪斷裂屬于氫脆斷裂的靜載荷斷裂，即碳氮共滲時有氫氣滲入，在裝配時鎖緊力和殘留應(yīng)力的作用下，氫氣滲入應(yīng)力集中區(qū)域并聚集，造成了氫含量高的部位（表面與次表面）出現(xiàn)裂紋。同時該區(qū)域存在夾雜、刀痕、尖角等缺陷，為齒輪強(qiáng)度最薄弱而應(yīng)力最集中部位，萌生的裂紋在應(yīng)力作用下迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致氫致脆性斷裂的發(fā)生。

根據(jù)以上分析，采取以下措施可有效控制斷裂的發(fā)生。

①進(jìn)行脫氫處理。事實(shí)證明，經(jīng)過不同工藝處理后的齒輪，其力學(xué)性能有較大的差異，即碳氮共滲后直接淬火與低溫回火，碳氮共滲后氫脆增加，鋼的斷面收縮率很低，而脫氫后性能得到有效恢復(fù)。

②低溫回火脫氫。試樣經(jīng)過180℃的長時間低溫回火，斷面收縮率上升，回火8h后斷面收縮率恢復(fù)在原來水平。

③自然時效脫氫。在室溫放置齒輪一定時間，過飽和氫逐漸釋放，氫危害性降低，試驗(yàn)表明，正火狀態(tài)恢復(fù)較快。