【摘 要】
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齿轮、轴承、轴等是机械中传递力和运动的关键零部件,广泛应用于汽车、船舶、航空航天、军用装备等领域。这些零部件需要长期承受弯曲、接触及扭转等复杂的循环载荷作用,因而极易引起疲劳失效。构件表面总是存在因结构、加工等原因引起的沟槽、尖角等不连续平面,即缺口,热处理后缺口附近的组织场、应力场、硬度场都会发生变化,且缺口引起的应力集中会严重影响构件的疲劳性能,所以缺口往往是构件失效的根源。本文以18CrNi
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.U1804254）；
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齿轮、轴承、轴等是机械中传递力和运动的关键零部件,广泛应用于汽车、船舶、航空航天、军用装备等领域。这些零部件需要长期承受弯曲、接触及扭转等复杂的循环载荷作用,因而极易引起疲劳失效。构件表面总是存在因结构、加工等原因引起的沟槽、尖角等不连续平面,即缺口,热处理后缺口附近的组织场、应力场、硬度场都会发生变化,且缺口引起的应力集中会严重影响构件的疲劳性能,所以缺口往往是构件失效的根源。本文以18CrNiMo7-6合金钢为研究对象,制备了光滑试样和理论应力集中系数t=1.86、3.46两种缺口试样,采用不同渗碳工艺对试样进行处理,对热处理前后试样的硬度梯度、组织以及残余应力进行了表征;使用DEFORM-HT热处理仿真软件对渗碳工艺进行仿真模拟,通过对比试验和模拟得到的硬度梯度和组织分布,验证了数值仿真对缺口试样渗碳热处理的可行性和正确性,并于仿真结果相互补充。本文还通过室温拉伸试验、旋转弯曲疲劳试验,获得了不同渗碳工艺处理下的缺口试样的应力应变曲线和S-N曲线,通过扫描电镜观察疲劳断口以及研究疲劳过程中组织及硬度的演化过程,综合分析了渗碳工艺和缺口应力集中对缺口敏感度和疲劳性能的影响,基于上述研究,本文主要得到以下结论:（1）缺口形状特征影响渗碳后样品的碳分布、硬度场、组织场以及应力场。（2）在承受轴向拉伸载荷时,淬火回火工艺下Kt=1.86、3.46缺口试样相较光滑试样抗拉强度提升了～30%,表现出‘缺口强化’效应;渗碳缺口试样有效硬化层在0～0.5mm时,强化效应逐渐减弱;有效硬化层在0.5～1.5mm时,效应由‘缺口强化’改变为‘缺口弱化’。（3）随着有效硬化层深度的增加,两组缺口试样的疲劳极限均呈现先增后减的趋势,且缺口疲劳极限的峰值均出现在相对硬化层深度为0.1～0.15范围内。通过观察缺口试样疲劳断口发现,未渗碳试样和渗碳试样的疲劳源均在缺口根部表面处,且均为多源断裂。（4）疲劳过程中渗碳试样表面残余奥氏体逐渐被耗,其转变量存在一个临界值。随着疲劳过程进行,表面硬度逐渐升高,在10~7周次后,光滑处表面硬度高于缺口底部表面硬度。
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