齿轮等零件的渗碳工艺通常在930℃左右进行，是齿轮生产过程中能耗高、效率低、污染大的工艺。提高渗碳温度能够显著降低渗碳时间，提高生产效率，因此高温渗碳工艺日益受到重视并得到应用。不过，常用齿轮钢经950℃以上温度渗碳，原奥氏体晶粒会发生粗化，严重影响材料性能。因此，高温渗碳齿轮钢中需要添加微合金元素Nb、Ti、B等，它们的碳氮化物在高温渗碳时具有较高的稳定性，能够有效钉扎晶界迁移，阻止奥氏体晶粒长大，从而避免晶粒粗化。研究表明，930℃渗碳后齿轮钢的疲劳极限与渗碳层原奥氏体晶粒尺寸密切相关。为此，在20CrMn齿轮钢基础上添加质量分数0.77%的Nb和0.048%的Nb+0.038%的Ti，研究2种微合金化齿轮钢经1000℃高温渗碳后的旋转弯曲疲劳性能。

　　试验用2种齿轮钢采用150kg真空感应冶炼，其化学成分如表1所示。2种试验钢具有较高的洁净度，氧氮含量都较低。将试验用钢锭加热至1200℃保温改锻成直径20mm棒料，经670℃退火5h后加工成旋转弯曲疲劳试样毛坯。将试样毛坯垂直挂在渗碳架上，移至高温真空渗碳炉，经80min后升温至1000℃开始渗碳，炉中碳势为1.1%。之后将2种钢疲劳试样精加工成最终尺寸，金相及显微硬度试样截取疲劳试样的中间部分。

　　渗碳后金相试样经磨抛后用饱和苦味酸活性试剂腐蚀，待渗碳层晶界被腐蚀出去后，在光学显微镜下观察原奥氏体晶粒，通过Sisc ias8图像分析软件用截点法测定晶粒平均尺寸，之后用3%的硝酸酒精溶液腐蚀金相组织。采用FM300型数字显微硬度计(载荷200g)测得旋转弯曲疲劳试样的硬度沿渗碳层深度方向的分布。采用PHILIPS APD-10X射线衍射仪测量疲劳试样渗碳层中的残余奥氏体。渗碳后的疲劳试样在旋转弯曲疲劳试验机上试验，利用升降法测得两种钢的疲劳极限;并利用日立S-4300型冷场发射扫描电镜(加速电压为15kV)观察疲劳试样断口形貌，统计分析疲劳源。

　　结果表明：Nb-Ti复合微合金化的20CrMnTiNb钢中析出相尺寸小、数量多，其渗碳层原奥氏体晶粒平均尺寸明显低于Nb微合金化的20CrMnNb钢，因而20CrMnTiNb钢的疲劳极限高于20CrMnNb钢。疲劳断口观察发现，20CrMnNb和20CrMnTiNb钢主要以近表面基体方式起裂，渗碳层中疲劳裂纹沿晶界扩展，因而晶粒尺寸较细的20CrMnTiNb钢的疲劳性能较高。(心远)