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滲碳層金相組織對疲勞性能的影響

軸承鋼的表面層組織也是比較復雜，減少組織的疲勞性，彎曲疲勞試驗和齒輪工作性質叫承受的應力最大而丑疲療性能列灰面最敏感，在滲碳層金相組織對疲勞性能的影響遠遠大于其他因素。
齒輪經(jīng)滲碳、淬火后，在滲碳層金相組織中除馬氏體外，有時會出現(xiàn)由于內氧化而形成的斷續(xù)網(wǎng)狀氧化物；由于面層含碳量過高而出現(xiàn)碳化物和殘余奧氏體；由于二次加熱而形成脫碳,所有這些組織的出現(xiàn)都對疲勞性能有很大影響。
(1)內氧化形成的氧化物對疲勞性能的影響。當滲碳鋼中含有硅、錳和鉻等合金元素時，在吸熱性滲碳氣氛中滲碳就容易形成這些元素的氧化物，而以硅的影響最為顯著。硅、錳和鉻對表面形成氧化物深度的影響。所以很多國家的齒輪鋼把含硅量限制在一個很低的數(shù)值。
形成的內氧化物大都存在于晶粒間界而成斷續(xù)網(wǎng)狀。由于這些元素形成氧化物，在氧化物周圍合金元素就會貧化，氧化物還會成為高溫轉變產(chǎn)物的核心，因而降低了淬透性能，在淬火時形成非馬氏體產(chǎn)物，降低了最表層的硬度。最表層的硬度降低會降低滲碳鋼的疲勞強度顯示出齒根表面硬度對齒輪（模數(shù)為4mm）彎曲疲勞極限的影響。內氧化層的深度對工件的疲勞性能有很大影響，當內氧化層的深度在13um以下時對疲勞性能影響較小，當內氧化層的深度超過13um時疲勞強度會明顯下降，非馬氏體層深和面層含碳最對25CrMnTi鋼滲碳后彎曲疲勞極限的影響。滲碳鋼的含碳量及碳素鋼的含碳量也是存在很大的差異性的，將不同鋼的運用其含碳量不一樣。
有人用模數(shù)為4mm的齒輪進行彎曲疲勞試驗了解非馬氏體層深對齒根表面的顯微硬度、殘余內應力和彎曲疲勞極限的影響。
當非馬氏體層小于7mm，疲勞性能是令人滿意的，但當非馬氏體層超過15/im時，疲勞極限明顯降低，這再一次證實，內氧化形成的非馬氏體層的臨界深度為13Fern，當超過該深度時疲勞性能將受到顯著影響。
Takeshi Naito等人用SCM415鋼（Cr-Mo鋼）進行試驗了解內氧化和非馬氏體組織對滲碳鋼疲勞性能的影響。樣品最小斷面處尺寸為119mm。930℃滲碳6h降溫到850℃保持30min后，在70℃的油中淬火，180℃回火2h-滲碳后內氧化物沿晶界析出，伴隨著非馬氏體組織出現(xiàn)，其深度約為30um。滲碳后一部分樣品通過電解拋光去除50um，制成表層沒有非馬氏體組織的樣品。滲碳熱處理后的樣品與電解拋光處理的樣品在同樣條件下進行彎曲疲勞試驗。了解非馬氏體層對疲勞性能的影響。
用15CrN16鋼缺口樣品進行旋轉彎曲疲勞試驗結果表明：殘余奧氏體對疲勞性能有不利的影響，面層含碳量由0. 65%增至1.2%（對應的殘余奧氏體含量為80%），疲勞強度從700MPa降至540M Pa，這就肯定了疲勞強度隨奧氏體增加而降低(圖2-2-39)。同時，試驗結果也表明通過冰冷處理來降低殘余奧氏體含量還會使疲勞強度進一步降低。關于冰冷處理對滲碳鋼疲勞性能的影響后邊還要詳細討論。
用帶圓形缺口的14CrNi14鋼進行彎曲疲勞試驗，了解殘余奧氏體和表面強化方法對疲勞性能的影響D樣品滲碳得到不同的面層含碳量，通過熱處理使面層金相組織有很大區(qū)別。一組樣晶為完全馬氏體，無殘余奧氏體；另～組樣品為80%殘余奧氏體加20%馬氏體。具有這兩種組織的樣品有的在缺口處經(jīng)滾壓加工強化，有的經(jīng)噴丸強化，有的未經(jīng)回火處理。所有樣nr7的彎曲疲勞試驗結果示于圖2-2-400如果以金相組織為完全馬氏體無殘余奧氏體的樣品的疲勞極限為基礎，即590M Pa進行比較，那么金相組織為80%殘余奧氏體加20%馬氏體的樣品的疲勞極限為525MPa，即降低11%。如果同樣舍相組織再不進行回火，疲勞極限降至450MPa，即降低24%，表明殘余奧氏體對疲勞性能的不利影響。但是，表層金相組織中有大最殘余奧氏體的樣品，在樣品缺口部位經(jīng)滾壓強化或噴丸強化后，其疲勞極限可分別提高到700MPa和670MPa。即分別提高19%和14%；而表層為完全馬氏體無殘余奧氏體的樣品經(jīng)噴丸強化處理，其疲勞極限只提高到625MPa。即提高6%己說明滲碳層金相組織中有殘余奧氏體經(jīng)過滾壓或噴丸強化處理對疲勞性能起有利的作用。
零件滲碳的目的，不僅僅是為了提高零件的彎曲疲勞強度，而H還要改善在滾動接觸條件下零件抗點蝕疲勞（或稱接觸疲勞）的能力=已經(jīng)有試驗結果證明：隨著滲碳層金相組織中殘余奧氏體數(shù)量的增強，其接觸疲勞抗力也增加，表面金相組織對接觸疲勞性能的影響。
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