【摘 要】
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渗碳是工业中常用的提高材料表面硬度以及耐磨性的手段。十三五规划以来,行业内部对热处理提出了更高要求,高效、清洁、绿色成为最核心发展方向。相比于传统的气氛渗碳,真空低压渗碳具有环保、高质量、低成本等特点。真空低压渗碳设备可以在较高的温度下进行渗碳,提高渗碳温度后碳原子的扩散速度会增大,从而在相同的渗层深度情况下可以节约60%的渗碳时间,可以节约成本,提高生产效率。因此,高温渗碳是解决这一问题的有效手
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渗碳是工业中常用的提高材料表面硬度以及耐磨性的手段。十三五规划以来,行业内部对热处理提出了更高要求,高效、清洁、绿色成为最核心发展方向。相比于传统的气氛渗碳,真空低压渗碳具有环保、高质量、低成本等特点。真空低压渗碳设备可以在较高的温度下进行渗碳,提高渗碳温度后碳原子的扩散速度会增大,从而在相同的渗层深度情况下可以节约60%的渗碳时间,可以节约成本,提高生产效率。因此,高温渗碳是解决这一问题的有效手段,而国内由于设备以及核心工艺的缺乏,对高温渗碳的研究相对较少。渗碳温度提高到一定范围后直接出现的问题就是晶粒过分长大,而晶粒长大之后材料的主要性能会降低,从而缩短材料的使用寿命。添加Nb微合金元素可以有效避免上述问题的出现,本课题通过对比分析18CrNiMo7-6钢在不添加Nb和添加0.06%Nb两种成分钢的相变动力学;热处理后力学性能变化,奥氏体晶粒长大行为以及不同温度下渗碳后的组织性能,研究Nb元素对真空低压渗碳齿轮钢组织性能的影响,主要研究结果如下:（1）对两种实验钢的连续冷却转变行为研究发现,加入Nb元素后,AC1点比之前降低了 29℃。对不同冷速下的组织研究发现,在较低的冷速下（0.1℃/s）组织中仍以贝氏体为主,并没有出现大量的珠光体和铁素体组织。添加Nb元素后较高的冷速下的转变产物中,马氏体所占的比例增大,增加了钢的淬透性。（2）对两种实验钢的力学性能研究发现,添加Nb元素之后在冲击功和屈服强度都有所提高。两种实验钢在3个淬火温度下最低屈服强度为897.8MPa,Nb元素的加入分别使得屈服强度提升了 68MPa、51MPa、29MPa。（3）对两种实验钢的奥氏体晶粒长大行为研究发现,18CrNiMo7-6钢的晶粒长大趋势比较明显,950℃保温4小时后晶粒等级为5级左右。而在添加Nb元素后晶粒的长大趋势得到了明显抑制,在1050℃下保温4小时后,晶粒等级为9级。两种实验钢的晶粒长大激活能分别为238790J/mol、53126J/mol。添加Nb元素前最高适合在950℃下进行渗碳,添加Nb元素后可以在1050℃较高的温度下进行渗碳。（4）对两种实验钢的渗碳时间研究发现,在相同渗层条件下,渗碳温度由950℃提高到1050℃,渗碳时间缩短了 60%以上,在满足材料晶粒度的前提下,提高渗碳温度可以极大提高生产效率,节约成本。（5）对两种实验钢的碳化物研究发现,渗碳之后从渗碳层至心部碳化物的析出明显增多,能谱分析主要是含Nb碳化物,且在较高的温度下含Nb碳化物未发生溶解所以在添加Nb元素后适合在较高的温度下进行渗碳。此外在950℃、1050℃两个温度下渗碳后材料的抗拉强度相比之前分别提高了 253MPa、158MPa,并且心部韧性良好,满足实际使用需求。
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