齿轮轴是采煤掘进机设备的重要零件，其材料为18Cr2Ni4WA钢。齿轮轴尺寸为175mm（轴径125mm) x340mm，热处理采用中频感应加热设备工艺处理。生产中发现，一批齿轮轴全部于轴向出现开裂失效，经济损失较大。通过金相观察看到，断裂齿轮轴渗层组织由大量残留奥氏体+块状或角状碳化物+少量马氏体组成；碳化物间出现网状裂纹；次表层组织为粗大针状马氏体十残留奥氏体，可清晰看到马氏体上的显微裂纹；过渡层组织为粗大针状马氏体十粗大板条马氏体；工件中心处组织为低碳板条马氏体，其马氏体条粗大，板条间交角多为60° - 120°，有部分板条交角呈900类似篮筐状形貌。

开裂齿轮轴组织、硬度和正常齿轮进行对比，其结果看出，两者之间差异明显，因而开裂齿轮轴的残留应力分布与大小必然和常齿轮不同。分析认为，热处理时马氏体先在Ms点较高的内层开始转变，由于体积膨胀产生应力，使表层和心部受拉应力，而相变部位受压，又由于心部区域，温度较高，因而应力得到松弛；此时，表层过冷奥氏体向马氏体转变，体积胀大但受到很大阻碍，最终形成表层受拉、心部受压的应力分布状态，并且残留应力值较高。另一方面，18Cr2Ni4WA钢淬透性很好，齿轮轴在进行中频感应加热设备加热时完全淬透，因而出现热应力较小又完全淬透的工件，其残留应力以组织应力为主，其最大拉应力位于工件表面处。

分析表明，工件心部和渗层组织粗大，降低了工件材料的强度；同时，渗层表层已出现网状裂纹，次表层马氏体上产生显微裂纹，热处理中这些裂纹源已形成。由于已形成的裂纹正位于表层拉应力区域内，提供了纵向裂纹扩展延伸的隐患和危险。当工件局部产生应力集中并释放应力时，裂纹迅速扩展并最终导致工件出现开裂破坏失效。从工艺方面分析，造成纵裂纹产生和断裂的因素如下：(1)渗碳后直接加热不当。18Cr2Ni4WA钢在渗碳时碳和其他元素大量溶入奥氏体中，奥氏体合金化提高，Ms点下降明显，奥氏体稳定性较大提高，直接加热使大量奥氏体残留，故不宜采用。(2)渗碳温度偏高。粗大的渗层和心部组织，以及针状马氏体显微裂纹说明工件渗碳温度偏高。(3加热不足。渗层针状马氏体不易侵蚀，这表明工件加热不充分。

根据以上分析，提出工艺改进措施如下：(1)严格控制渗碳温度，采用920℃±10℃渗碳。(2)不采用渗碳后直接加热，采用渗碳后降温至650gC出炉空冷，然后进(650 -670）℃ x4h 三次高温加热，再重新加热，并及时进行低温处理，低温加热充分，以充分消除应力，避免工件出现在中频感应加热设备热处理后出现裂纹和开裂。采用上述工艺改进后，18Cr12Ni4WA钢齿轮轴渗碳后残留奥氏体量得到控制，工件在加热后硬度符合技术要求，处理后齿轮轴质量良好，消除了加热裂纹开裂缺陷，生产运行良好。