三种汽车齿轮材料渗碳组织和性能研究

　　本文对三种经预备热处理后的试样进行渗碳，测定工艺数据，对试验中的金相组织进行分析研究。比较三种新型汽车渗碳钢的各自性能优势和差异，根据出现的异常现象，为后续试验进行适当的工艺调整，为新型汽车齿轮材料开发和应用提供必要的试验和理论依据。

　　1 试验内容

　　1.1 试验材料

　　采用大冶钢厂冶炼的仿20CrMo、20CrNi2Mo、17CrNiMo6热轧棒料作为试验材料，棒料直径均为110mm，其化学成分如表1所示。

　　1.2 试验方法

　　将20CrMo、20CrNi2Mo、17CrNiMo6试验材料均加工成尺寸为25mm×25mm×15mm的块状，分别进行等温退火和正火+高温回火两种预备热处理后，进行渗碳试验，渗碳工艺参数见表2。

　　1.3 试验结果

　　三种钢经预备热处理后进行渗碳，渗碳试验结果见表3。试样经等温退火预备热处理后渗碳试样的金相图片见图1; 经正火+高温回火预备热处理后渗碳的金相图片见图2。可以看出，三种钢渗碳后表面硬度为57～61 HRC，心部硬度为35～44HRC，有效硬化层深在1.8～1.9mm 之间; 金相组织中残余奥氏体、马氏体和碳化物的级别均来自于相应的，发现只有17CrNiMo6钢的碳化物在等温退火和正火 +高温回火中分别高达6～7级和7～8级。

　　2 试验结果分析

　　2.1 金相组织对比分析

　　表3和图1表明，对于等温退火试样，三种钢表层组织的马氏体均为4～5级，残余奥氏体均为3～4级，而20CrNi2Mo钢的碳化物为2～3级，属最低;17CrNiMo6 钢的碳化物为7～8级，属最高。根据评定标准，22CrMo和20CrNi2Mo 材料的残余奥氏体、碳化物级别合格，只有17CrNiMo6钢的碳化物组织级别不合格，出现异常。

　　表3和图2表明，对于正火+高温回火试样，三种钢表层组织的马氏体均为4～5级; 残余奥氏体组织级别各有差异，22CrMo为3～4级，20CrNi2Mo为3级，17CrNiMo6为4～5级; 而碳化物组织级别以17CrNiMo6为最高，超出了1～6级为合格的评定标准。

　　2.2 残余奥氏体量对材料性能的影响

　　从表3可以看出，正火+高温回火的试样17CrNiMo6 残余奥氏体级别为4～5级，比20CrMo、20CrNi2Mo的残余奥氏体级别略高，说明这两种钢的残余奥氏体含量较多。由于多数合金元素使Ms、Mf点下降，钢中的残余奥氏体会相应增多，如图3所示。从图4中看出，影响残余奥氏体量大小的次序是: Mn、Cr、Ni、Mo、Si等，其中Mn的作用最强，Si实际上无影响。

　　17CrNiMo6钢中的合金元素含量高，尤其是Cr的含量较其他两种合金钢含量要多; 22CrMo钢的Mn元素含量高。由合金元素对残余奥氏体量影响的相关曲线可知，这些对残余奥氏体影响大的合金元素溶入奥氏体后，将增加奥氏体的稳定性，使淬火后的残余奥氏体量增多。