15Cr14Co12Mo5Ni2WA鋼是一種優(yōu)良的滲碳鋼。該材料使用溫度高、耐蝕性能好、韌性高，可在450℃的環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，能夠滿足航空發(fā)動機(jī)齒輪在更高速、更高溫度和更高載荷的苛刻條件下安全運(yùn)行。
該材料的制造工藝成熟度較低，現(xiàn)有常規(guī)鋼材料的滲碳工藝無法直接應(yīng)用到該材料，容易出現(xiàn)金相組織不合格、不同滲碳部位滲層深度無法達(dá)到設(shè)計要求，因此結(jié)合型號需求，急需開展和推進(jìn)新型高強(qiáng)齒輪鋼及齒輪制造技術(shù)成熟度的提升。
在航空航天領(lǐng)域有許多齒輪零件承受一定的扭應(yīng)力，常因扭轉(zhuǎn)疲勞而損壞，因而要求鋼具有優(yōu)良的扭轉(zhuǎn)疲勞性能。在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下鋼的斷裂機(jī)制比較復(fù)雜，扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的斷口一般分為三種斷裂類型:即正斷型NF(斷口面與軸線成45°)，橫向剪切型LS(斷口面與軸線垂直)和縱向剪切型TS(斷口面與軸線平行)。在縱向和橫向混合斷口的情況下，若縱向剪切的長度小于試樣半徑,則定為橫向剪切型，反之為縱向剪切型。
通過扭轉(zhuǎn)疲勞試驗，研究了15Cr14Co12Mo5Ni2鋼的扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的裂紋擴(kuò)展行為和夾雜物尺寸與扭轉(zhuǎn)疲勞壽命之間的關(guān)系。得到了鋼的扭轉(zhuǎn)疲勞極限強(qiáng)度和τ-N曲線，15Cr14Co12Mo5Ni2鋼的扭轉(zhuǎn)疲勞極限強(qiáng)度為350MPa，扭轉(zhuǎn)疲勞壽命分散度較大。通過斷口觀察，發(fā)現(xiàn)15Cr14Co12Mo5Ni2鋼的疲勞破壞模式以表面破壞和近表面破壞為主，主要由氧化物夾雜引起。通過計算應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK和裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth分析15Cr14Co12Mo5Ni2鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展的斷裂力學(xué)條件，試驗鋼在斷裂過程中受載荷情況為，II型載荷—I型載荷—II型載荷—I+II型載荷，分別對應(yīng)起裂源區(qū)、纖維區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)；當(dāng)有大裂紋產(chǎn)生時，則不會產(chǎn)生纖維區(qū)，受載荷情況則為：II型載荷—I+II型載荷。通過公式推導(dǎo)和數(shù)據(jù)擬合得到夾雜物尺寸和15Cr14Co12Mo5Ni2鋼扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著夾雜物尺寸減小，鋼的τ-N曲線向高壽命區(qū)移動。當(dāng)引起裂紋萌生的夾雜物尺寸小于5μm時，在350MPa應(yīng)力下，15Cr14Co12Mo5Ni2鋼的扭轉(zhuǎn)疲勞壽命超過107循環(huán)周次。
