航空发动机用渗碳齿轮钢16Cr3NiWMoVNbE生产工艺及性能的研究

【类型】学位论文

【作者】邵淑艳 

【关键词】 航空发动机用钢,力学性能,16Cr3NiWMoNbE钢,齿轮钢,冶炼工艺,锻轧工艺

【摘要】随着我国航空工业飞速发展和国际形势风云变幻的要求，对航空用钢材性能要求越来越高。而航空发动机是飞机的心脏，中央锥形传动齿轮是其中关键部件，我国以前机型的传动齿轮主要采用12Cr2Ni4A和18Cr2Ni4wA高级优质钢制造，但这两种材料使用温度均在170℃以下，满足不了新一代机型发动机高工作温度(>300℃)的要求。随着机型变化和新一代航空发动机设计要求的提高，对关键部件的齿轮材料提出了更高的质量要求，因此我们研制了新型航空发动机用渗碳齿轮钢16Cr3NjWMoVNbE，由于它具有航空用齿轮钢高质量水平重要标志：高的纯净度，细的晶粒度和良好的组织均匀性，因此它不仅能满足常规力学性能的要求，而且适应新机型>300℃工作温度的要求，具有优良的综合性能，完全可以用于新机型航空发动机齿轮的制造。 16Cr3NiWMoVNbE是一种多元素复合合金化的结构钢。化学成分中含有熔点高的W、Mo、V、Nb及易氧化的元素，特别是Ce、Al，因此精确控制其成分并保证成分均匀性难度很大。为此，在研制该钢冶炼工艺时，除采用了较好的精炼措施，即真空感应冶炼+电渣重熔外，还采用了特殊方法，既保证了高的纯净度又较好地控制了化学成分。此外，为了能够充分发挥各种合金元素的有利作用并保证细的晶粒及组织均匀性，采用锻造开坯轧制成材，对锻轧工艺进行大量摸索研究工作，优化了工艺参数。 本文旨在研究16Cr3NiWMoVNbE钢冶炼工艺控制；锻轧工艺摸索；钢材高温性能；低温冲击性能；淬透性水平；晶粒长大倾向；室温力学性能；显微组织、断口等。并对国产和进口钢材进行综合性能测试：最佳热处理制度确定；短时力学性能；持久与蠕变性能；疲劳性能；物理性能测试等。所得结论如下： (1)采用真空感应炉加电渣重熔冶炼、锻轧生产的16Cr3NiWMoVNbE钢材化学成份、纯净度、常温力学性能、低倍组织、晶粒度、硬度、发纹、断口等均达到新机型航空发动机高温齿轮用军工材料使用要求，具有组织均匀、性能优良、纯洁度高等优点。 (2)16Cr3NiWMoVNbE钢的高温强度、低温冲击、疲劳性能等能满足高温齿轮钢的使用要求，并有良好的淬透性、低的晶粒长大倾向及渗碳后的各项性能。 (3)在相同热处理条件下实验钢的常温及高温力学性能与进口钢相当，实验钢的塑性和韧性甚至稍高于进口钢，主要是因为钢中S、P等杂质含量进一步降低的原因。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】东北大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】任海鹏

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