江志华, 佟小军, 孙 枫, 王广生, 李 志

(北京航空材料研究院,北京 100095)

随着先进发动机设计要求及性能水平日趋提高,传动系统的能量密度和传递效率越来越高,齿轮轴承服役环境更加苛刻,处于高速、重载、高温工况[1～3],先进的齿轮轴承材料和工艺成为保障传动系统长寿命、高可靠性的关键。M50NiL钢是优异的渗碳轴承齿轮钢,已广泛应用于先进发动机上[4～6],该钢具有良好的耐温性能,可用在温度较高的场合,可与先进的表层硬化工艺相匹配,可大大提高齿轮轴承的耐磨性、疲劳性能和抗胶合能力。复合化学热处理工艺是近年来新兴的先进表层硬化工艺[7～12],区别于传统的单一渗碳、渗氮以及氮碳或碳氮共渗,首先是工艺过程复合性,即在渗碳硬化层的基础上再进行渗氮处理;其次复合化学热处理导致材料功能梯度化,表层超硬韧化,赋予构件优异的服役性能。欧美发达国家从上个世纪 90年代开始,针对Pyrowear x-2V、Vasco X-2M,M50NiL钢等多个钢种的复合硬化工艺做了系统的研究和评估,结果表明该工艺可以大幅度提高构件的寿命和可靠性,从而节约了费用,为减重设计提供支撑[9～11]。

M50NiL钢的回火温度高,为复合化学热处理工艺的应用提供了先决条件,但复合化学热处理过程复杂,不同热处理阶段相互影响。本工作在国内首次进行复合化学热处理研究,得到了组织结构梯度化、性能优异的复合硬化13Cr4Mo4Ni4VA钢(M50NiL钢国内牌号),并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)及显微硬度梯度测试等研究手段,对复合化学热处理过程组织性能演变规律进行了探索研究。……