硬化鋼和深層離子滲氮工藝

　　齒輪的接觸疲勞強度，代表齒面的承載能力，表面硬度越高，接觸疲勞強度越高。Chesters早年研究滲碳齒輪承載能力時，指出接觸疲勞強度與其抗拉強度平方成正比，當表面硬度為62~63HRC接觸疲勞強度達最大值。最新研究成果，CSS-42L鋼經滲碳表面硬度達到68～72HRC，用以制造軸承接觸疲勞壽命高出52100鋼軸承70倍以上。可見齒輪表面高的硬度和高的抗拉強度，可以得到更高的接觸疲勞強度。

　　齒輪模數越大，在承載接觸應力下最大剪切應力的峰值深度從滲層表面下0.1～0.2mm移向齒輪心部（見表1），如果心部硬度較低，將會使接觸疲勞強度顯著降低。試驗表明，提高心部硬度達470HV，增大滲氮層至1mm，接觸疲勞強度可提高到2300MPa。

　　齒輪彎曲疲勞強度代表齒根的承載能力，滲氮鋼和滲碳鋼的彎曲疲勞強度都隨心部硬度提高而提高。在相同的心部硬度下，滲氮鋼的疲勞強度略比滲碳鋼低。但是，滲碳鋼的疲勞強度隨心部硬度提高有一個極大值，在35～42HRC之間。而滲氮鋼的疲勞強度隨心部硬度的提高一直呈直線型增加，當心部硬度超過一定值（約400HV）后，滲氮鋼的疲勞強度超過滲碳鋼。我們研制的方向是選擇心部硬度為400～450HV，過高的心部硬度（強度）可能造成其塑性降低，不利于齒輪的綜合性能。

　　實現制造高性能滲氮齒輪和替代滲碳齒輪的關鍵在于研制適于齒輪切削加工和適于深層離子滲氮的時效硬化鋼，以及根據齒輪不同服役條件和精度要求不同研制的特種深層離子滲氮工藝。