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解析滲碳鋼的疲勞性能以及影響鋼的因素

很多滲碳齒輪是在交變載荷作用下由于疲勞而損壞的，有的在輪齒根部由于彎曲疲勞而損壞，有的齒輪在輪齒作表面由于接觸疲勞而損壞。因此研究各種因素對(duì)滲碳鋼疲勞性能的影響很有必要。
眾所周知，滲碳淬火處理可以顯著地提高疲勞強(qiáng)度，但是對(duì)提高疲勞強(qiáng)度的原斟卻有不同的解釋?zhuān)腥苏J(rèn)為滲碳后滲碳層本身的疲勞強(qiáng)度提高了，因而提高整個(gè)樣晶的疲勞強(qiáng)度：也有人認(rèn)為滲碳后在滲碳層形成殘余壓應(yīng)力抵消了一部分由外加載荷逐漸產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因而提高了滲碳樣品的疲勞強(qiáng)度。為了驗(yàn)證滲碳后疲勞強(qiáng)度提高的原兇進(jìn)行了下列試驗(yàn)。用18Cr2Ni4Mo鋼作成厚度為2.3mm的三組板形試樣，一終不經(jīng)滲碳處理，一組滲碳到0. 4mm，一組滲碳到完全滲透，組樣品進(jìn)行疲勞試驗(yàn)（所有樣品都經(jīng)淬火和低溫回火處理），末滲碳樣品的疲勞強(qiáng)度為505MPa;滲碳層厚為0.4mm為588MPa;完全滲碳的樣品為430MPa。上述結(jié)果可以間接證明滲碳后疲勞強(qiáng)度提高的原因是存滲碳層形成了有益的殘余壓力。
雖然滲碳樣品或零件的疲勞強(qiáng)度可以提高，但是有很多因素如心部的性能、滲碳層的厚度、滲碳層的金相組織、內(nèi)應(yīng)力的分布情況、鋼材的化學(xué)成分和鋼的純凈度對(duì)滲碳樣品的疲勞性能有很大影響。下面將分別討論這些因素的影響。
1．心部硬度（強(qiáng)度）對(duì)滲碳樣品疲勞性能的影響
心部硬度對(duì)滲碳樣品疲勞性能的影響有著互相矛盾的兩個(gè)方面，一方面心部硬度提高以提高滲碳樣品的疲勞強(qiáng)度；但是，另一方面耐心部硬度提高會(huì)降低殘余應(yīng)力的數(shù)值，因而對(duì)疲勞強(qiáng)度又有不利的影響。表示出心部硬度和滲碳層厚度對(duì)Cr( 1.4%)- Ni(3.50%)鋼疲勞性能的影響D含碳量的變動(dòng)范圍為0.O9%～0.42%。當(dāng)心部硬度在40HRC以下時(shí)，心部硬度提高，滲碳樣品的疲勞極限提高；心部硬度為40HRC時(shí)，滲碳樣品的疲勞極限最高；當(dāng)心部硬度在40HRC以上時(shí)，而提高心部硬度，滲碳樣品的疲勞極限會(huì)降低。
表示出心部含碳量與滲碳樣品表面殘余內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系。提高心部含碳量因而提高心部硬度會(huì)使表面殘余量應(yīng)力降低，含碳最每增加O.01%，表而殘余壓應(yīng)力降低12MPa，表示出Cr- M11-Ti鋼心部含碳量、心部硬度、表面殘余內(nèi)應(yīng)力和疲勞極限的關(guān)系。用心部強(qiáng)度個(gè)同的街輪進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的結(jié)果。從該圖看出：一組齒輪在心部強(qiáng)度為1080～1240MPa(相當(dāng)于35—39HRC)時(shí)其疲勞極限最高；而另一組齒輪在心部強(qiáng)度為400M Pa(相當(dāng)于431rRC)時(shí)其疲勞極限最高最終有人建議內(nèi)輪的心部硬度值為30～45HRC，這和同內(nèi)很多汽車(chē)規(guī)定的齒輪輪齒心部硬度一致。
2．滲碳層深度對(duì)疲勞性能的影響
關(guān)于滲碳層深度對(duì)疲勞性能的影響很多互十日矛盾的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明。滲碳樣品的疲勞強(qiáng)度隨著滲碳層深度的增加而提高。但是必須指出，當(dāng)滲碳層深度增時(shí)由滲碳時(shí)間延長(zhǎng)將使隔層含碳量增加，淬火后在滲碳層組織中有較多的碳化物和殘余~氏體存在性能使疲憊，強(qiáng)度降低。用18Cr2Ni4Mo鋼進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的結(jié)果表明：偽滲碳淬火后的疲勞強(qiáng)度為570MPu；滲碳層深度為0.4mm時(shí)疲勞強(qiáng)度為775MPa;滲碳層深度為1.65mm時(shí)疲勞強(qiáng)度為650MPa：這是由于滲碳層深度增加時(shí)使?jié)B碳層組織惡化的結(jié)果。
用18CrMnMo鋼進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的結(jié)果表明：當(dāng)滲碳層深度在一定范同以下時(shí)。如在0.7mn以下時(shí)，增加滲碳層深度將使疲勞強(qiáng)度提高，超過(guò)0.7mm，繼續(xù)增加滲碳層深度時(shí)將使疲勞強(qiáng)度降低，滲碳層深度增加自利于形成內(nèi)氧化、過(guò)量的殘余奧氏體和游離碳化物，所有這些都會(huì)對(duì)殘余內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生有害的影響。鋼2-2-18≮出滲碳層深度對(duì)滲碳樣品鋼（16MnCr5，Mn18mm，850℃油淬。180℃叫火）發(fā)層殘余內(nèi)應(yīng)力的影響。滲碳層深增至1.65mm時(shí)，最表層已形成殘余拉心力，顯然會(huì)對(duì)疲勞性能有小的影響。
 
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