航空齿轮钢<strong>16Cr3NiWMoVNbE</strong>的真空低压渗碳

doi:10.11901/1005.3093.2019.326

材料研究学报

2020, Vol. 34

Issue (1): 35-42 DOI: 10.11901/1005.3093.2019.326

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航空齿轮钢16Cr3NiWMoVNbE的真空低压渗碳

王斌,何燕萍,王昊杰,田勇(

),贾涛,王丙兴,王昭东

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳 110819

Vacuum Low-pressure Carburization of Gear Steel 16Cr3NiWMoVNbE for Aviation

WANG Bin,HE Yanping,WANG Haojie,TIAN Yong(

),JIA Tao,WANG Bingxing,WANG Zhaodong

State Key Laboratory of Rolling and Automation, Northeastern University, Shenyang 110819，China

引用本文:

王斌,何燕萍,王昊杰,田勇,贾涛,王丙兴,王昭东. 航空齿轮钢16Cr3NiWMoVNbE的真空低压渗碳[J]. 材料研究学报, 2020, 34(1): 35-42.
Bin WANG, Yanping HE, Haojie WANG, Yong TIAN, Tao JIA, Bingxing WANG, Zhaodong WANG. Vacuum Low-pressure Carburization of Gear Steel 16Cr3NiWMoVNbE for Aviation[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2020, 34(1): 35-42.

全文: PDF(15259 KB) HTML

摘要:

对航空齿轮钢16Cr3NiWMoVNbE进行真空低压渗碳热处理，研究了真空渗碳、淬火、冰冷处理以及回火工艺对材料的组织和性能的影响。结果表明：实验钢经渗碳淬火处理后，从表面到心部的组织可分为碳化物区、碳化物与针状马氏体混合区、针状马氏体区和心部板条马氏体区。在碳化物区的晶界有大量的块状Cr碳化物析出，在析出位置Ni元素较少。在针状马氏体和板条马氏体基体中细小的析出物为Nb、V、Mo微合金元素的碳化物。从渗碳钢表面到心部，随着碳浓度的降低硬度曲线呈现先升高后降低的趋势，渗层深度为0.95 mm。冰冷处理使残余奥氏体进一步转化为马氏体，使实验钢的硬度大幅度提高。

关键词 ：金属材料, 真空渗碳, 航空齿轮钢, 渗层硬度, 残余奥氏体, 碳化物

Abstract：

The combined process of vacuum low-pressure carburizing heat treatment for aviation gear steel 16Cr3NiWMoVNbE was investigated, with the emphasis on the effect of carburizing, quenching, cryogenic treatment and tempering process on the microstructure and mechanical properties of the steel. The results show that after carburizing and quenching, the cross sectional microstructure of the steel, can be differentiated as carbide region, mixed region of carbide and acicular martensite, acicular martensite region and lath martensite region from the surface to the center. A large number of blocky Cr carbides precipitated at grain boundaries in the carbide region, where very little Ni can be detected. The fine precipitates in the acicular martensite and the lath martensite matrix are carbides of the microalloying elements Nb, V, and Mo. After the carburization, the carbon concentration of the carburized steel decreases gradually from the surface to the center, correspondingly, the hardness increased first and then decreased, and the depth of carburized layer was 0.95 mm. The subzero treatment at -70^oC promotes the transformation of retained austenite to martensite, which greatly improves the overall hardness of the carburized steel.

Key words： metallic materials vacuum carburizing aviation gear steel carburized case hardness retained austenite carbide

收稿日期: 2019-07-03

ZTFLH:

TG156.8

基金资助:国家自然科学基金(51604074);中央高校基本科研业务费专项资金(N170704012);省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室和上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室开放课题(SKLASS 2019-02)

作者简介: 王斌，男，1984年生，讲师

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表1 实验钢的化学成分

图1 实验工艺示意图

图2 实验钢的初始显微组织

图3 真空渗碳工艺示意图

图4 真空低压渗碳工艺渗层的组织形貌

图5 16Cr3NiWMoVNbE钢渗碳淬火后显微组织的OM像

图6 渗碳工艺处理后16Cr3NiWMoVNbE钢的SEM照片

图7 各相的摩尔分数

图8 从渗层到基体的元素变化

图9 渗碳后各层析出物的能谱

图10 针状马氏体及其析出物的元素分析

图11 16Cr3NiWMoVNbE钢渗碳淬火后与冰冷处理后的硬度

图12 渗碳后实验钢的高温拉伸曲线

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