【摘 要】
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采用20Cr2Ni4A合金钢制造的装甲车重载齿轮因其特殊服役环境,存在寿命低与可靠性差的问题。本文探索了稀土真空渗碳和离子注入的复合强化工艺,结合显微组织、力学性能研究不同强化处理状态20Cr2Ni4A渗碳钢的接触疲劳性能。通过多种表征和测试技术对强化层的微观组织结构和力学性能进行了测试与分析,并对稀土真空渗碳、离子注入复合强化处理对接触疲劳性能的的影响机制进行了探讨。在920℃、碳势为1.2%的
【基金项目】
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国家自然科学基金（51535011,51775554）； 973计划（61328304）；
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采用20Cr2Ni4A合金钢制造的装甲车重载齿轮因其特殊服役环境,存在寿命低与可靠性差的问题。本文探索了稀土真空渗碳和离子注入的复合强化工艺,结合显微组织、力学性能研究不同强化处理状态20Cr2Ni4A渗碳钢的接触疲劳性能。通过多种表征和测试技术对强化层的微观组织结构和力学性能进行了测试与分析,并对稀土真空渗碳、离子注入复合强化处理对接触疲劳性能的的影响机制进行了探讨。在920℃、碳势为1.2%的稀土渗碳过程中,镧和钇离子注入后,碳扩散系数分别是未注入稀土试样的1.12倍和1.17倍,渗碳层的有效硬化深度分别增加了0.08 mm和0.11 mm。稀土离子注入预处理显著改善渗碳层的组织,稀土渗碳层中细小弥散碳化物直径均小于0.5μm。离子注入镧和钇后渗碳层的表面硬度分别提高了3.8%和6.0%。稀土渗碳过程中,稀土在钢表面形成的高密度位错缺陷和柯氏气团成为碳原子的快速扩散通道,对提高碳扩散系数、改善渗碳层组织具有重要作用。离子注入过渡金属复合强化处理中,Ti注入和Ti+Cr注入可在稀土渗碳层形成复合强化层,其表面存在Ti和Cr的碳氮化物新相,包括TiC、TiN、TiNC、CrC、CrN。这些相具有高硬度、高强度的特点,对提升20Cr2Ni4A渗碳钢的接触疲劳寿命具有显著作用。在相同压入载荷条件下,复合强化层表面硬度增加,抵抗塑性变形能力增强。注入Ti后强化层硬度提高7.1%,弹性模量提高27.6%;Ti+Cr注入后复合强化层硬度提高15.1%,弹性模量提高28.7%。离子注入强化机理包括在表面形成高强度的新相和在亚表面形成辐射损伤及晶格畸变。稀土渗碳和复合强化处理后渗碳层的寿命显著提高,寿命分散性明显降低。疲劳裂纹萌生、扩展和剥落的最终状态没有改变。分别建立了稀土渗碳层和复合强化层的P-N曲线图,通过该图可以无需外加试验而直接地确定在不同的外加载荷时,强化层的不同接触疲劳寿命对应的失效概率。
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