主动锥齿轮是汽车或动力机械传递动力和速度的重要零件，选用的材料为20CrMnTi，其技术要求为碳氮共渗深度0.6～0.9mm，淬火后表面硬度为59～63HRC，心部硬度为33～48HRC。其加工流程为锻造→正火→机加工→镀铜→碳氮共渗→淬火、回火→机加工→装配。生产中发现在齿轮热处理一段时间或使用中，齿尖端出现氢脆剥落（齿尖脱皮或胀皮）现象，有的齿轮出现氢脆裂纹和断裂失效，严重影响产品的正常生产。

对于失效件进行分析，检验发现齿轮装配后在螺纹空刀槽与花键连接R1处发生断裂，断口平齐，无氧化颜色和无塑性变形，呈结晶状脆性断裂。从断口的微观形貌观察发现，晶面呈现微细的爪状撕裂线，裂纹一方面沿晶扩展，一方面又沿马氏体束延伸，既呈现出沿晶又穿晶的混合断裂形貌，并有较多的二次裂纹，为典型的氢脆断裂特征。从断裂齿轮残留应力测试表明，其表面为拉应力，内部为拉应力，在螺纹空刀与花键连接处残留应力很大，造成工件在此处断裂。

通过以上分析，认为齿轮断裂属于氢脆断裂的静载荷断裂，即碳氮共渗时有氢气渗入，在装配时锁紧力和残留应力的作用下，氢气渗入应力集中区域并聚集，造成了氢含量高的部位（表面与次表面）出现裂纹。同时该区域存在夹杂、刀痕、尖角等缺陷，为齿轮强度最薄弱而应力最集中部位，萌生的裂纹在应力作用下迅速扩展，导致氢致脆性断裂的发生。

根据以上分析，采取以下措施可有效控制断裂的发生。

①进行脱氢处理。事实证明，经过不同工艺处理后的齿轮，其力学性能有较大的差异，即碳氮共渗后直接淬火与低温回火，碳氮共渗后氢脆增加，钢的断面收缩率很低，而脱氢后性能得到有效恢复。

②低温回火脱氢。试样经过180℃的长时间低温回火，断面收缩率上升，回火8h后断面收缩率恢复在原来水平。

③自然时效脱氢。在室温放置齿轮一定时间，过饱和氢逐渐释放，氢危害性降低，试验表明，正火状态恢复较快。