微合金化滲碳齒輪鋼的組織和疲勞性能研究.pdf

1、20CrMoH和22CrMoH是我國常用的滲碳齒輪鋼，提高其性能有助于車輛傳動系統(tǒng)的輕量化。本文研究是國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)課題“高性能滲碳齒輪鋼的研究”(編號2006AA032526)，其目標(biāo)是通過微合金化等方法，提高20CrMoH和22CrMoH鋼的性能。在20CrMoH鋼的基礎(chǔ)上，添加微合金化元素Nb、Ti，得到試驗(yàn)鋼W1(0.04％Nb)、W2(0.08％Nb)和W3(0.04％Nb+0.04％Ti)；在22CrM

2、oH鋼的基礎(chǔ)上添加Nb，得到試驗(yàn)鋼W4(0.04％Nb)和W5(0.08％Nb)；此外，為保證淬透性，在試驗(yàn)鋼中還添加了少量(0.0005-0.0008％)的B。本文重點(diǎn)研究試驗(yàn)鋼的微觀組織、力學(xué)性能、淬透性、以及疲勞性能，并與20CrMoH和22CrMoH鋼進(jìn)行對比。
　　 微觀組織和晶粒長大規(guī)律研究表明，在Nb微合金化滲碳齒輪鋼中，Nb(C，N)顆?？梢葬斣Ы?，從而阻止奧氏體晶粒長大；但添加過量的Nb(0，08％)會使Nb

3、(C，N)顆粒析出時長大，從而不利于釘扎奧氏體晶界；此外，Nb/Ti復(fù)合微合金化析出(Nb，Ti)(C，N)，可以更好地細(xì)化晶粒。在較高的奧氏體化溫度(1050℃)下，含0.04％Nb的WI鋼的晶粒細(xì)化作用明顯，保溫較長時間(10h)也不出現(xiàn)混晶現(xiàn)象。
　　 淬透性研究表明，通過添加少量的B，可有效提高滲碳齒輪鋼的淬透性，從而彌補(bǔ)因采用Nb、Ti微合金化細(xì)化晶粒而可能導(dǎo)致的淬透性降低。因此，添加Nb、B可以得到細(xì)晶粒、高淬透性滲

4、碳齒輪鋼。不過，B微合金化提高滲碳齒輪鋼的淬透性，使其滲碳熱處理變形增大。通過降低心部硬度，適量添加Nb元素細(xì)化晶粒，可達(dá)到抑制滲碳齒輪鋼的熱處理變形的效果。
　　 彎曲疲勞試驗(yàn)表明，Nb或Nb/Ti復(fù)合微合金化細(xì)化滲碳層原奧氏體晶粒，抑制疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展，從而提高旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度。此外，研究發(fā)現(xiàn)夾雜物數(shù)量多及尺寸偏大時其成為疲勞裂紋源，不利于疲勞性能。因此，降低鋼中氧含量，有效控制夾雜物數(shù)量及尺寸，也可提高旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度。

5、
　　 接觸疲勞試驗(yàn)表明，滲碳齒輪鋼接觸疲勞試樣同時存在滲碳層的點(diǎn)蝕和剝落兩種失效方式。氧含量低的Nb微合金化齒輪鋼中氧化物夾雜數(shù)量少、尺寸小，接觸疲勞裂紋起裂難：同時，Nb微合金化齒輪鋼滲碳層晶粒尺寸小、硬度高，接觸疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展阻力大。含0.04％Nb的W1鋼的滾動接觸疲勞性能比20CrMoH鋼有大幅提高。
　　 綜上所述，經(jīng)過適量Nb/Ti/B微合金化后，20CrMoH和22CrMoH滲碳齒輪鋼的彎曲和接觸疲勞