某军工液压泵工作中转速为15000r/min，运行中发生主动轴早期断裂、主动齿轮自根部裂开并和铝壳体卡死。主动齿轮和主动轴是液压泵传动的重要零件，承受较重工作负荷和扭矩作用，长期工作要求工件强度韧性高、高疲劳抗力和耐磨性能和可靠性。主动齿轮和主动轴采用2Cr3WMoV钢制成，热处理为齿轮表面氮碳共渗处理，然后淬火冷却，200-300℃回火后空冷，氮碳共渗层深为0.2-0.5mm， 硬度为56-62HRC，基体中部硬度为35-43HRC。液压泵主动齿轮和主动轴早期失效影响军工生产。

    液压泵壳体为铝合金件，主动齿轮由主动轴通过销键连接带动。检查齿轮腔发现，主动齿轮和铝合金壳体卡死，一齿顶尖嵌入壳内探约0.6mm，并有多齿刮伤壳壁。齿轮裂纹自根部裂开，裂纹穿过键槽尖角处延伸呈贯穿状。断口分析发现，主轴断裂处出现严重扭曲变形，_断面细而光滑，呈灰白色，断口附近呈塑性变形形貌；断裂源在三角形断面的三个角上，为过载扭转类断裂。主动齿轮裂纹自上端面垂直贯穿下端面，侧方向由齿根至键槽垂直角处贯通开裂；对主动齿轮进行扫描电镜微观分析发现，裂纹源为齿根表面同一直线的多源裂纹，并向工件内部延伸；氮碳共渗层扫描分析表明，断口为沿晶断口形貌；裂纹沿晶界向基体延伸，晶粒附近发现有二次显微裂纹；晶界上碳化物聚集，呈网状、半网状围绕晶粒，这种组织增加了晶界脆性，齿轮断口系脆性断裂。金相观察发现，主动齿轮表层白亮组织为淬火马氏体、自回火马氏体及残留奥氏体；心部为铁素体及低碳马氏体。自回火马氏体呈针状分布在表层及基体中，这种组织是由于共渗后未回火或回火不足引起的，针状马氏体增加了工件的内应力和脆性，使其韧性下降。

    分析认为，主动齿轮淬火马氏体针易形成裂纹源，降低了工件材料的强度、塑性和韧性；残留奥氏体和马氏体共存，产生组织应力，在齿根、键槽角等应力集中区域易产生细小裂纹；齿轮氮碳共渗后空冷淬火，晶界易形成网状碳化物组织。齿轮运转中受到外加载荷，首先在应力集中最大的齿根处萌生裂纹，并沿晶界扩展，最终使工件贯穿断裂。齿轮开裂后转动受阻，并和壳体卡死；此时主动轴在动力下仍继续高速运转，使主动轴与齿轮连接处受压变形，主动轴受到过载扭转力矩发生扭断。

    针对齿轮和主动轴断裂失效事故进行了工艺改进试验。试验发现，采用高频加热设备进行-70℃x30min冷处理，随后260℃x2h回火处理，工件中残留奥氏体完全消除，组织呈回火马氏体。经检查，采用上工艺处理后，残留奥氏体等级为1级，工件共渗层硬度为59-60HRC，中心硬度为40-41HRC，符合技术指标要求。上述处理工件经生产运转试验考核，全部合格，经检查未发现裂纹。

    分析认为，常温冷却淬火中，主动齿轮材料仍有部分奥氏体来不及转变为马氏体，成为残留奥氏体；在-70℃冷处理时，这部分残留奥氏体也将转变为马氏体；随后进行260℃回火处理，转变为回火马氏体，得到正常组织，使组织应力降低，工件的塑性、韧性和硬度相应改善和提高，提高了齿轮强度和可靠性。

    采用高频加热设备改进齿轮与主动轴的工艺处理，产品质量符合技术标准要求，未发现裂纹和运行故障，生产运行稳定良好。