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淬透性在齿轮钢的生产和应用中具有重要的作用,窄淬透性带宽是高品质齿轮钢的重要特点之一。目前,国内齿轮钢淬透性带宽只能稳定控制在8 HRC以内,与4 HRC国外先进水平有明显差距。因此,开展齿轮钢淬透性及其对组织和性能影响的研究,具有重要的工程价值。本论文选择四种具有不同淬透性的渗碳齿轮钢作为研究对象,对比研究了四种齿轮钢的端淬曲线变化规律及影响因素,优化了硬度分布函数淬透性预测模型,并通过500 ℃临界冷速完善了组织预测模型,同时研究了淬透性对渗碳热处理变形的影响规律,探讨了渗碳齿轮钢的旋转弯曲疲劳和接触疲劳性能的影响因素。基于多炉次端淬试验结果,在评价20CrMoH和20CrNiMoH齿轮钢的淬透性预测模型适用性的基础上,对淬透性预测模型进行了修正,修正后的硬度分布函数模型在J5、J9和J15点硬度预测标准误差均小于2 HRC。研究发现,当晶粒度超过7级后,晶粒度对淬透性的影响明显,若将J9处淬透性带宽控制在≤4 HRC,晶粒度级别波动应≤1级。利用ABAQUS有限元软件建立了齿轮钢末端淬火试样温度场模型,结合Maynier组织预测模型对端淬试样J5、J9和J15处的组织和硬度进行预测,利用500 ℃的瞬时冷速预测组织和硬度值与试验值吻合较好。利用以上模型对20CrNiMoH钢J9处组织和硬度预测结果表明,若J9处淬透性带宽控制在≤4 HRC,马氏体含量的波动不应超过16.7%。C型缺口试样试验结果表明,渗碳热处理变形随着齿轮钢淬透性的提高而增加,热处理变形量大小主要与心部马氏体组织含量有关。当20CrNiMoH钢J9处硬度低于32 HRC时,心部组织以贝氏体为主,热处理变形量随淬透性的提高缓慢增加;当J9处硬度超过32 HRC时,心部组织以马氏体为主,马氏体含量和热处理变形量随淬透性的提高显著增加。不同齿轮钢的热处理变形率也与J9处硬度值呈正相关。齿轮钢旋转弯曲疲劳强度主要与渗碳层硬度、夹杂物的大小及分布、以及晶粒尺寸有关,渗碳齿轮钢裂纹起裂主要源于渗碳层内夹杂物。20CrNiMoH钢接触疲劳试样剥落坑深度在赫兹理论最大切应力附近,并且与夹杂物的分布有关。提高洁净度、细化渗碳层晶粒尺寸,能改善齿轮钢的疲劳性能。