重載齒輪的失效主要是由齒面的接觸疲勞和齒根的彎曲疲勞引起的,因此提高重載齒輪鋼的疲勞性能十分重要。重載齒輪通常采用表面滲碳處理,細(xì)化滲碳層晶粒和控制夾雜物尺寸是提高重載齒輪疲勞性能的重要手段。

滲碳層晶粒尺寸是影響疲勞強(qiáng)度的主要因素,并且疲勞強(qiáng)度與晶粒尺寸之間符合Hall2Petch關(guān)系式。由于Nb微合金化可以有效阻止?jié)B碳時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大,過(guò)Nb微合金化細(xì)化晶粒來(lái)提高齒輪鋼的疲勞性能。

添加Nb后形成NbC析出相,能夠有效阻止重載齒輪鋼奧氏體晶粒長(zhǎng)大。添加的Nb含量越高,試驗(yàn)鋼中NbC顆粒越多,晶粒長(zhǎng)大激活能就越大,能更有效的釘扎晶界,奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大,在相同的熱處理?xiàng)l件下細(xì)化晶粒的效果越明顯。因此,在長(zhǎng)時(shí)間的滲碳后,0108Nb鋼的晶粒尺寸最小,其次是0104Nb鋼,基礎(chǔ)鋼的晶粒尺寸最大,相應(yīng)的含Nb鋼的組織要比基礎(chǔ)鋼的細(xì)小。NbC顆粒引起的細(xì)晶強(qiáng)化不僅能提高試驗(yàn)鋼的強(qiáng)度、硬度,還能同時(shí)提高試驗(yàn)鋼的韌性。由于細(xì)晶強(qiáng)化作用,0108Nb鋼疲勞試樣的表面硬度應(yīng)當(dāng)最高,其次是0104Nb鋼、基礎(chǔ)鋼。含Nb量越高,晶粒越細(xì),滲碳層硬度越高。Nb微合金化重載齒輪鋼表面硬度的增加對(duì)疲勞性能的改善有貢獻(xiàn)。

(來(lái)源：材料熱處理學(xué)報(bào)）