国内推土机用齿轮钢一般选用20CrMnTi,但大模数(m≧8)重载齿轮,20CrMnTi钢的淬透性过低,无法满足工艺要求,因此,有必要选择更高淬透性的渗碳齿轮钢。本文研究目标是选择不同材料制造齿轮,研究弯曲疲劳性能,考察材料、热处理工艺对于齿轮弯曲疲劳寿命的影响,为推土机重载齿轮的选材制造提供依据。利用疲劳试验机、X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱仪等对20CrMnTi、20CrMnMo、22CrNi2MoNb三种渗碳钢热处理齿轮和42CrMo钢离子氮化后齿轮进行弯曲疲劳性能、硬度和组织进行测量表征,还对比研究了两种渗碳层深度对20CrMnTi钢齿轮疲劳性能影响,以考察热处理工艺的影响。微观组织的研究表明,在Nb、Ti微合金化渗碳齿轮钢22CrNi2MoNb和20CrMnTi中,由于NbC,TiC颗粒可以钉扎晶界,从而阻止2.4—3.0mm渗碳层深度长时间渗碳时奥氏体晶粒长大,因此,22CrNi2MoNb和20CrMnTi钢晶粒组织最细,有利于力学性能提高;20CrMnMo渗碳淬火热处理后晶粒组织较粗大。42CrMo钢离子氮化后组织中存在大约100μm厚的化合物层,扩散过渡层大约300μm。弯曲疲劳试验表明,在120KN循环载荷下,三种渗碳钢中22CrNi2MoNb钢齿轮的弯曲疲劳寿命远远高于20CrMnTi钢齿轮,达到了14倍,20CrMnTi钢齿轮疲劳寿命次之,20CrMnMo钢齿轮的疲劳寿命最短;深层渗碳的22CrNi2MoNb钢、20CrMnTi钢齿轮的疲劳寿命远高于离子氮化处理的中碳合金结构钢42CrMo齿轮,离子氮化处理的42CrMo钢齿轮疲劳性能不佳与其硬化层深度只有0.4mm左右较浅有关。研究还揭示出20CrMnTi钢齿轮渗碳层深度越深疲劳性能越好。齿轮的整个疲劳断口形貌可以分为裂纹源、裂纹稳态扩展区和瞬断区三个部分,疲劳裂纹的产生主要与材料亚表层的微孔洞和微裂纹有关。此外,齿轮表面的机加工缺陷也是疲劳裂纹源产生原因之一。对于弯曲疲劳寿命要求高的齿轮可以选择22CrNi2MoNb钢制造,要求一般的可以选择20CrMnTi钢制造。