面向小型机动车齿轮件服役性能要求的选材优化

面向国内某摩托车企业产品开发需求，针对3种牌号的车用齿轮钢，进行了弯冲、接触疲劳和单齿弯曲疲劳对比检测，并结合金相、硬度、断口表征手段，综合评价了3种齿轮钢服役性能优劣。在此基础上进一步从零件角度验证了3种齿轮钢的应用成效性。结果表明，16MnCr5H的综合力学性能、工艺性能、接触疲劳和弯曲疲劳与20CrMoH相当，优于20CrMnTiH，因此可代替20CrMoH和20CrMnTiH制造高负荷的摩托车齿轮，满足性能提升及应用性价比目标。     

适合中小模数齿轮渗碳及碳氮共渗用钢

现在我国制造中小模数齿轮常用的材料是20CrMnTi钢。含钛钢中的氮化钛菱形夹杂物会影响齿轮的接触疲劳寿命,而且采用碳氮共渗时又易产生三黑组织。本文介绍了20CrMoH钢和20CrMnTi钢原材料、工艺和热处理后机械性能的对比试验,以及20CrMoH钢齿轮装车使用试验情况。试验结果表明,20CrMoH齿轮比20CrMnTi齿轮渗碳淬火后变形小,弯曲疲劳寿命高。20CrMoH钢适于制造中小模数齿轮。     

20CrMoH齿轮弯曲疲劳强度研究

采用齿轮轮齿脉动加载试验方法对两种工艺的齿轮,即20CrMoH渗碳淬火齿轮（未喷丸）和20CrMoH渗碳淬火后强化喷丸齿轮进行弯曲疲劳试验,研究了20CrMoH渗碳淬火齿轮喷丸处理前后的弯曲疲劳强度及弯曲疲劳S-lgN曲线。结果表明：喷丸强化可使齿轮弯曲疲劳强度提高约10%,从而提高齿轮的使用寿命;喷丸前、后齿轮的弯曲疲劳S-lgN曲线在高应力区均为一条直线,并给出了直线方程,为进一步研究齿轮弯曲疲劳强度提供了基本曲线和数据。     

周期预拉伸对三相钢疲劳门槛值及疲劳裂纹扩展速率的影响

探讨了周期预拉伸对Ｍ＋Ａ＋Ｆ三相钢的疲劳门槛值及裂纹扩展速率的影响。经试验和研究发现三相钢周期预拉伸后门槛值所下降；三相钢低周疲劳后，第二阶段裂纹扩展速率有所降低，表现出较高的裂纹扩展阻力。     

焊接微裂纹缺陷对顶板与纵肋构造疲劳性能影响研究

为研究焊接微裂纹缺陷对正交异性钢桥面板顶板与纵肋构造疲劳性能的影响，首先采用扫描电子显微镜对实际桥梁结构的焊接断面进行缺陷检测，统计分析微裂纹尺寸和分布特性，然后基于既有试验和有限元分析方法，结合断裂力学理论，评估不同微裂纹缺陷对构造细节劣化效应的影响，并分析焊接微裂纹关键特征参数对构造细节疲劳性能的影响。结果表明：顶板与纵肋构造的焊趾及焊根处普遍存在微裂纹缺陷，焊根处微裂纹尺寸(平均值150.7μm、标准差100.8μm)大于焊趾处(平均值29.8μm、标准差17.4μm);顶板与纵肋构造细节主导失效模型主要由微裂纹尺寸决定；构造细节疲劳寿命直接由焊接微裂纹尺寸决定，其疲劳强度为100～200 MPa;疲劳裂纹最终扩展方向与焊接微裂纹初始角度无关，仅受实际受力状态影响。     

强化喷丸对渗碳齿轮表面接触疲劳裂纹形成与扩展的影响

导致渗碳齿轮接触疲劳裂纹形成与扩展的动力参数是齿轮次表面所受的最大切应力τmax与其表面硬度的比值,减小该比值可延缓齿轮表面接触疲劳裂纹形成与扩展过程,提高齿轮疲劳寿命.分析了强化喷丸工艺对渗碳齿轮次表面所受τmax和表面硬度的影响,通过强力喷丸引入的冷作硬化可使渗碳齿轮表面硬度明显提高;引入的高残余压应力可使渗碳件次表面所受的τmax显著减小.试验表明,齿轮渗碳后再按最佳工艺进行强化喷丸后,可显著提高齿轮表面的疲劳强度.     

含Nb齿轮钢晶粒度研究

在铬钼系齿轮钢中加入微量的合金元素Nb，使其晶粒细化。热处理试验结果表明，微量的Nb可以提高钢材的晶粒粗化温度，预计可以改善渗碳层的性能，并可以提高渗碳温度，从而缩短渗碳热处理的时间，降低生产成本。     

20CrMoH齿轮接触疲劳强度研究

研究了20CrMoH渗碳淬火齿轮喷丸处理前后齿轮的接触疲劳强度及齿轮接触疲劳S-N曲线。结果表明,强化喷丸处理能极大地提高齿轮的接触疲劳强度,从而提高齿轮的使用寿命。     

SCr420H齿轮在EQ140变速器的应用研究

为解决传统齿轮用钢20CrMnTi淬透性适配不好，钛夹杂对接触疲劳寿命的不利影响等问题，本试验对日本牌号齿轮钢SCr420H进行了应用研究。SCr420H钢与20CrMnTi钢的晶粒长大倾向、生产工艺性能、单齿弯曲、单对齿轮疲劳及装车等各项试验对比的结果表明，SCr420H是取代20CrMnTi用于EQ140变速器齿轮的较理想钢种。     

高疲劳抗力钢桥面板的疲劳问题Ⅰ：模型试验

正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题是制约桥梁工程可持续发展的关键难题，亟需发展具有高疲劳抗力的正交异性钢桥面板。同时引入纵肋与顶板新型双面焊构造细节和纵肋与横隔板新型交叉构造细节2类构造细节，提出了一种高疲劳抗力钢桥面板，设计了2个足尺节段模型，通过模型试验确定了纵肋与顶板传统单面焊构造细节和新型双面焊构造细节的疲劳开裂模式和疲劳性能，采用扫描电子显微镜（SEM）确定了单面焊构造细节焊根和双面焊构造细节焊趾的初始微裂纹尺度；研究了纵肋与横隔板传统交叉构造细节和新型交叉构造细节的疲劳开裂模式。研究结果表明：纵肋与顶板传统单面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板焊根并沿顶板厚度方向扩展，其疲劳强度为98.7 MPa，新型双面焊构造细节的疲劳裂纹起裂于顶板内侧焊趾并沿顶板厚度方向扩展，其疲劳强度为123.2 MPa；传统单面焊构造细节焊根的初始微裂纹尺度显著大于新型双面焊构造细节焊趾的初始微裂纹尺度，初始微裂纹尺度的差异是2种开裂模式的疲劳抗力存在显著差异的主要原因；纵肋与横隔板传统交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋腹板焊缝端部焊趾并沿纵肋腹板扩展，新型交叉构造细节的疲劳裂纹起裂于纵肋底板焊缝端部焊趾并沿纵肋底板扩展，2类构造细节的起裂次数基本一致，但新型交叉构造细节的疲劳裂纹扩展速率远低于传统构造细节；相同加载条件下，高疲劳抗力钢桥面板结构体系的疲劳寿命显著优于传统钢桥面板结构体系。