重载齿轮的失效主要是由齿面的接触疲劳和齿根的弯曲疲劳引起的,因此提高重载齿轮钢的疲劳性能十分重要。重载齿轮通常采用表面渗碳处理,细化渗碳层晶粒和控制夹杂物尺寸是提高重载齿轮疲劳性能的重要手段。
渗碳层晶粒尺寸是影响疲劳强度的主要因素,并且疲劳强度与晶粒尺寸之间符合Hall2Petch关系式。由于Nb微合金化可以有效阻止渗碳时奥氏体晶粒的长大,过Nb微合金化细化晶粒来提高齿轮钢的疲劳性能。
添加Nb后形成NbC析出相,能够有效阻止重载齿轮钢奥氏体晶粒长大。添加的Nb含量越高,试验钢中NbC颗粒越多,晶粒长大激活能就越大,能更有效的钉扎晶界,奥氏体晶粒不易长大,在相同的热处理条件下细化晶粒的效果越明显。因此,在长时间的渗碳后,0108Nb钢的晶粒尺寸最小,其次是0104Nb钢,基础钢的晶粒尺寸最大,相应的含Nb钢的组织要比基础钢的细小。NbC颗粒引起的细晶强化不仅能提高试验钢的强度、硬度,还能同时提高试验钢的韧性。由于细晶强化作用,0108Nb钢疲劳试样的表面硬度应当最高,其次是0104Nb钢、基础钢。含Nb量越高,晶粒越细,渗碳层硬度越高。Nb微合金化重载齿轮钢表面硬度的增加对疲劳性能的改善有贡献。
(来源：材料热处理学报）
