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本文对重载齿轮材料17CrNiMo6钢的相关热处理工艺试验进行研究,分别对不同工艺条件下的预备热处理试验、高温渗碳淬火试验与快速渗碳试验的组织与性能进行分析。直径为Φ90 mm的17CrNiMo6钢经940℃加热,保温100 min,出炉空冷的常规正火热处理后的金相组织为贝氏体;表层、1/2R处与中心的硬度相差不大,在275 HB~278 HB之间。直径为Φ90 mm的20CrNi2Mo钢经940℃加热,保温120 min,出炉空冷后得到的金相组织为贝氏体+少量铁素体;表层硬度在277 HB左右,1/2R处和中心的硬度在256 HB左右,内部硬度偏低约20 HB左右。分别对17CrNiMo6钢与20CrNi2Mo钢进行等温正火热处理试验,在940℃加热保温30 min,炉冷至650℃,然后保温2 h后空冷;试验结果表明二者的金相组织均为“铁素体+贝氏体”,硬度测试表明这两种钢的硬度均降低,17CrNiMo6钢的硬度从275~278 HB降低到平均210 HB左右,20CrNi2Mo钢的硬度从256~277 HB降低到226 HB左右。分别对17CrNiMo6钢和20CrNi2Mo钢进行“常规正火+高温回火”热处理试验,试验的工艺参数为:940℃保温30 min后空冷至室温,然后在650℃高温回火2 h后空冷,两种材料的试样得到金相组织为回火索氏体,17CrNiMo6钢的硬度降低到203 HB左右,20CrNi2Mo钢的硬度降低到223 HB左右。17CrNiMo6钢经930℃与980℃经24 h长时间加热后,重新“820℃淬火+低温回火”,其冲击韧性分别为63 J/cm~2和70 J/cm~2,表明将渗碳温度提高到980℃进行24 h加热是不会出现脆化问题的,但当17CrNiMo6钢在“1050℃×24h”长时间加热后,冲击韧性只有41 J/cm~2,表明晶粒已开始粗化。采用纳米金刚石微粉热浸渗技术,对17CrNiMo6齿轮钢进行快速深层渗碳,试验结果表明:渗碳层的深度约在4 mm左右;对17CrNiMo6钢渗碳后分别在820℃、840℃、860℃、880℃、900℃下加热油淬,然后在180℃回火2 h,试验结果表明当淬火温度为820℃,渗碳层的硬度最高,可达63.4 HRC。随着淬火温度的升高,渗碳层硬度开始降低。当淬火温度为820℃时,渗碳层金相组织为“大量的板条状回火马氏体+少量贝氏体+细小弥散碳化物”;当淬火温度为860℃时,渗碳层的金相组织为“板条回火马氏体+针状或隐针状回火马氏体+少量贝氏体+细小弥散碳化物”。对于心部,当淬火温度为820℃、840℃、860℃时的金相组织为“板条状回火马氏体+少量贝氏体+少量铁素体”,随着淬火温度升高,心部组织逐渐变得粗大;当淬火温度达到880℃、900℃时,心部的组织为“板条状回火马氏体+少量贝氏体”。