滲氮齒輪作為提高齒輪性能和部分替代滲碳齒輪早已引起世界范圍工業(yè)界的關(guān)注。英國(guó)自20世紀(jì)60年代便開(kāi)始大膽在海軍驅(qū)逐艦上應(yīng)用滲氮技術(shù)，隨后擴(kuò)大到工業(yè)齒輪，美國(guó)隨著Floe雙層滲氮工藝的開(kāi)發(fā)，滲氮齒輪的應(yīng)用隨之?dāng)U大，著名的費(fèi)城齒輪公司有43%的高參數(shù)齒輪采用滲氮；德國(guó)以Clockner離子公司為代表，將離子滲氮應(yīng)用于汽車(chē)齒輪、機(jī)床齒輪、蝸桿及軋機(jī)齒輪?？傊?，20世紀(jì)80年代以來(lái)，世界各國(guó)進(jìn)行了大量研究和生產(chǎn)應(yīng)用，英國(guó)高速蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)和壓縮機(jī)滲氮齒輪已成功運(yùn)行幾十年，美國(guó)、德國(guó)、瑞士、瑞典、日本、前蘇聯(lián)和我國(guó)都在應(yīng)用滲氮齒輪。
德國(guó)在80年代初領(lǐng)先開(kāi)展了離子滲氮提高齒輪性能和深層滲氮研究，采用31CrMoV9鋼和14CrMoV69鋼制造滲氮齒輪，齒輪表面具有800～900HV較高硬度，深層滲氮和較高心部硬度（33～36HRC）可獲得很高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，大大提高齒輪承載能力，與滲碳齒輪相當(dāng)。
25Cr2MoV鋼調(diào)質(zhì)硬度（310～350HBW）基體和滲氮層深0.7mm滲氮齒輪與20Cr2Ni4鋼滲碳1.2～1.3mm的滲碳齒輪，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)表明25Cr2MoV鋼滲氮齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度和抗咬合性能都優(yōu)于20Cr2Ni4鋼滲碳齒輪。
上述滲氮齒輪的研究和應(yīng)用成果，肯定了優(yōu)于滲碳齒輪的特性，也指出滲氮齒輪一直沿用常規(guī)調(diào)質(zhì)鋼，齒輪心部硬度過(guò)低，致使其彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度降低，研制高心部強(qiáng)度的滲氮鋼成為提高滲氮齒輪性能的關(guān)鍵。
滲氮齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因?yàn)辇X輪受接觸負(fù)荷產(chǎn)生的最大赫茲應(yīng)力是在表面以下一定深度，這就嚴(yán)峻的考驗(yàn)著較淺滲氮層的承載能力，當(dāng)齒輪模數(shù)較大時(shí)，其齒廓曲率半徑也增大，相應(yīng)赫茲應(yīng)力的深度也增加，當(dāng)滲氮深度與赫茲最大剪切應(yīng)力深度之比小于某一值時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕或剝落。滲氮層深0.3～0.4mm，對(duì)小模數(shù)齒輪（M=1～2），具有足夠的接觸疲勞強(qiáng)度，能達(dá)到滲碳齒輪水平，隨著齒輪模數(shù)提高到M3，要保持高的接觸疲勞強(qiáng)度，一般鋼心部硬度低，必須把滲氮層深提高到0.55～0.60mm以上，而采用時(shí)效硬化鋼，滲氮層深為0.7～1.0mm，心部硬度為400～450HV，其接觸疲勞強(qiáng)度大大超過(guò)普通滲碳鋼，可達(dá)到2000MPa以上。
目前建立在普通調(diào)質(zhì)鋼基礎(chǔ)上，滲氮齒輪應(yīng)用的范圍大致為：齒輪模數(shù)2～10mm；載荷系數(shù)K≤30kN/m2；圓周線速度V≤120m/s；不磨齒滲氮齒輪加工精度7～6級(jí)；齒形不限，非漸開(kāi)線齒形更適用。我們研制成功的新型時(shí)效硬化鋼和深層離子滲氮工藝，將使上述應(yīng)用范圍更加擴(kuò)大。
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