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16Cr3NiWMoVNbE结构钢（16Х3НВФМБ-Ш）航空发动机用渗碳齿轮钢
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-05-12
我国用于制造航空发动机齿轮的材料大致分为渗碳钢和渗氮钢两种。渗碳钢主要有：12CrNi3A，12Cr2NiA，14CrMnSiNi2MoA，18Cr2Ni4WA，20CrNi3A，16Ni3CrMoE，16Cr3NiWMoVNbE，16CrNi4MoA和18CrNi4A。其中后四种钢是按国外牌号仿制的。渗氮钢主要有：30Cr3MoA，32Cr3MoVA，35CrNi4MoA，38CrMoAlA等。
我国用于制造航空发动机齿轮的材料大致分为渗碳钢和渗氮钢两种。渗碳钢主要有：12CrNi3A，12Cr2NiA，14CrMnSiNi2MoA，18Cr2Ni4WA，20CrNi3A，16Ni3CrMoE，16Cr3NiWMoVNbE，16CrNi4MoA和18CrNi4A。其中后四种钢是按国外牌号仿制的。渗氮钢主要有：30Cr3MoA，32Cr3MoVA，35CrNi4MoA，38CrMoAlA等
16Cr3NiWMoVNbE钢属于特级优质结构钢，可用于制造航空发动机的传动齿轮，该钢具有良好的淬透性、高抗拉强度和高韧塑性。经渗碳并淬火低温回火后，表面具有很高的硬度，心部的强度、韧性和塑性配合良好，具有很好的锻造和切削加工性能，可在300℃以下长期工作。
试验所用16Cr3NiWMoVNbE结构钢的化学成分见表1，来源《航空发动机设计用材料数据手册》。
表1 16Cr3NiWMoVNbE钢的化学成分(质量分数,%)
| Si | Ni | Cr | W | V | Mo | Nb | Ce | S | P | Cu | Fe |
| 0.6~ | 1.0~ | 2.6~ | 1.0~ | 0.35~ | 0.4~ | 0.1~ | 0.01 | ≤ | ≤ | ≤ | 余量 |
| 0.9 | 1.5 | 3 | 1.4 | 0.55 | 0.6 | 0.2 | ~0.2 | 0.01 | 0.015 | 0.2 |
将坯料轧制成Φ25mm的钢棒，再经900℃淬火，保温15min，油冷，300℃回火，保温3h，空冷热处理。热处理后的试样毛坯加工成低周疲劳试样进行试验。试验钢的拉伸性能见表1。低周疲劳试验按GB/T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》在EHF-EA10型液压伺服疲劳试验机上进行。试验采用轴向应变控制，总应变幅（1/2Δεt）范围为0.5%～1.0%，引伸计的标距为12mm，引伸计通过石英刀口与试样接触测试标距内的应变，载荷波形为三角波，试验温度为25、100、200、300、350℃，应变比R（最小应变εmin与最大应变εmax之比）为-1，通过炉内电阻丝辐射加热试样，温度波动控制在±2℃。研究了不同温度下该结构钢的循环应力响应、疲劳周明和循环应力-应变行为。
表1 16Cr3NiWMoVNbE钢的拉伸性能
|
温度/℃
|
σb/MPa
|
σ0.2/MPa
|
δ5/%
|
Ψ/%
|
|
25
|
1400
|
1190
|
14
|
62
|
|
200
|
1460
|
1110
|
11
|
56
|
|
300
|
1460
|
1050
|
15
|
56
|
结果表明：试验钢在温度不高于200℃时，表现出循环软化的现象，而在300℃时，表现出明显的循环硬化现象；加载应变幅值越大，试验钢的疲劳寿命越低；在加载总应变范围内，寿命随温度的升高而降低；利用三参数幂函数公式能较好地表征不同温度下的应变-寿命关系，为16Cr3NiWMoVNbE钢在航空发动机上的应用提供依据。
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