高頻淬火中碳鋼彎曲疲勞強度的評價

勻的硬度。但這些工作沒有定量研究合金元素對疲勞強度的影響。本研究與滲碳淬火相比，高頻淬火可以實現在線化，使碳素鋼獲得高強度。高頻淬火用于齒輪熱處理時，對鋼的高頻淬火性的要求是，高齒根彎曲疲勞強度、高齒面強度以及短時快速加熱淬火時的均勻硬化層和均勻硬度。有研究報告指出，中碳鋼高頻淬火時，由于產生很大的殘余壓縮應力，所以高頻淬火中碳鋼的彎曲疲勞強度高于滲碳淬火鋼。并且，由于鋼中添加Si，提高了鋼的回火軟化抗力，高頻淬火中碳鋼的面疲勞強度也高于滲碳淬火鋼。此外，有研究表明，增加Mn含量，降低淬火前組織中的一次鐵素體分量，可以在高頻淬火快速短時加熱中使鋼具有均勻的奧氏體組織，從而獲得均勻的硬化組織和均以C、Si、Mn含量不同的鋼為試驗鋼，對高頻淬火試驗鋼的轉動彎曲疲勞強度和輥柱式（小輥柱）剝蝕疲勞強度進行了測定和分析。

1 試驗方法

各試驗鋼的成分變化是C：0.45%-0.55%、Si：0.05%-2.0%、Mn：0.25%-1.1%。為提高淬透性，試驗鋼中添加了B。真空熔煉試驗鋼，并將試驗鋼熱鍛成φ65mm的圓棒，對圓棒進行1123K×1h、空冷的正火處理。用該圓棒材制作疲勞試樣并對疲勞試樣進行高頻淬火。表1是轉動彎曲疲勞試樣和輥柱式剝蝕疲勞試樣的淬火條件。用光學顯微鏡對試樣淬火前后的組織進行了觀察，并用光學顯微鏡照片解析方法測定了試樣淬火前一次鐵素體的面積分量。用顯微維氏硬度計測定了試樣淬火前后的硬度。對高頻淬火后的試樣進行573K×90min的回火處理，然后測定回火硬度。

2 試驗結果與分析

2.1 高頻淬火性

圖1是高頻淬火前試樣的一次鐵素體面積率和高頻淬火后試樣表面硬度波動值的關系。用0.98N負荷的顯微維氏硬度計對試樣的距表面50μm處的5個位置進行硬度測定。計算這5個位置硬度的標準偏差，作為表面硬度波動值。輥柱式點腐蝕疲勞的表面硬度與一次鐵素體面積率無關，波動值很小。轉動彎曲疲勞試樣的表面硬度波動值隨一次鐵素體面積率的增加而增大。在一次鐵素體面積率大的轉動彎曲疲勞試樣中，觀察到淬火后未轉變的鐵素體和低碳馬氏體等不均勻組織。轉動彎曲疲勞試樣表面硬度的波動是由這些不均勻組織引起的。轉動彎曲疲勞試樣和輥柱式剝蝕疲勞試樣的表面硬度波動值的差別是高頻淬火條件不同造成的。

2.2 轉動彎曲疲勞試驗結果

研究了疲勞極限與平均表面硬度的關系。研究結果顯示，平均表面硬度越高，轉動彎曲疲勞強度越高。但在平均表面硬度值相同條件下，各試樣的彎曲疲勞強度值有很大的差異。為此，對平均表面硬度值基本相同的0.55%C試驗鋼，進行了一次鐵素體面積率與轉動彎曲疲勞強度關系的研究。結果顯示，隨著一次鐵素體面積率的增加，轉動彎曲疲勞強度下降。一次鐵素體面積率大的鋼中生成的不均勻組織使轉動彎曲疲勞強度下降。

2.3 輥柱式剝蝕疲勞試驗結果

齒輪轉動時其接觸面發熱，表面溫度可達573K。因此表面硬化鋼的剝蝕疲勞強度與573K回火硬度有相關關系。圖2是輥柱式點腐蝕疲勞試驗測定的疲勞極限與573K回火硬度的關系。