Effect of Rare Earth on Inclusions and Fatigue Properties of 20CrMnTi Gear Steel

Wang Li; Liu Chengbao; Li Haoqiu; Wang Yi; Sun Zonghui; Liu Chunwei; Yang Chaoyun; Fu Zhihao

doi:10.20057/j.1003-8620.2024-00047

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Effect of Rare Earth on Inclusions and Fatigue Properties of 20CrMnTi Gear Steel

Application and Service | 更新时间：2025-05-09

- Effect of Rare Earth on Inclusions and Fatigue Properties of 20CrMnTi Gear Steel
- Special Steel Vol. 45, Issue 6, Pages: 117-124(2024)
- 作者机构：
  
  1.山东钢铁股份有限公司山钢研究院，济南 271104
  2.山东钢铁股份有限公司莱芜分公司，济南 271105
  3.中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室，沈阳 110016
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2024-00047
  CLC： TF4
- Received：09 March 2024，
  
  Published：30 November 2024
- 稿件说明：
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王利,刘成宝,李浩秋等.稀土对20CrMnTi齿轮钢夹杂物和疲劳性能的影响[J].特殊钢,2024,45(06):117-124.

Wang Li,Liu Chengbao,Li Haoqiu,et al.Effect of Rare Earth on Inclusions and Fatigue Properties of 20CrMnTi Gear Steel[J].Special Steel,2024,45(06):117-124.
王利,刘成宝,李浩秋等.稀土对20CrMnTi齿轮钢夹杂物和疲劳性能的影响[J].特殊钢,2024,45(06):117-124. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00047.

Wang Li,Liu Chengbao,Li Haoqiu,et al.Effect of Rare Earth on Inclusions and Fatigue Properties of 20CrMnTi Gear Steel[J].Special Steel,2024,45(06):117-124. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00047.

摘要

为深入探究稀土（La/Ce）对20CrMnTi齿轮钢中夹杂物和疲劳性能的影响，采取多种分析测试方法对20CrMnTi和加入0.002 7%稀土处理后的20CrMnTi-RE齿轮钢中的夹杂物进行分析和表征，并进行超高周疲劳试验，对比分析疲劳性能变化。结果表明，稀土可与齿轮钢中的O反应，形成稀土氧化物，并与其他CaS、MgAl

等夹杂物复合共生，成为TiN的形核核心，由CaS-MgAl

-（MnS）-TiN的复合相转变为CaS-MgAl

-（MnS）-RE

-TiN复合相。加入稀土后，20CrMnTi钢中夹杂物数量显著降低，尺寸＞30 μm的夹杂物基本消失。此外，稀土改善了齿轮钢的抗疲劳性能，在10

周次，50%的失效概率条件下，加稀土的齿轮钢的疲劳极限比未加稀土的齿轮钢高26.6 MPa，具有更优的抗疲劳性能。

Abstract

To deeply investigate the effect of rare earth （La/Ce） on inclusions and fatigue properties of 20CrMnTi gear steel， the inclusions in 20CrMnTi and 20CrMnTi-RE gear steel treated with 0.002 7% rare earth were analyzed and characterized by various analytical and testing methods， the change of fatigue property was compared and analyzed. The ultra-high weekly fatigue test was carried out and analyzed the change of fatigue properties.The results show that rare earth can react with O element in gear steel to form rare earth oxides， and co-exist with other inclusions such as CaS and MgAl

， which become the core of TiN， the complex phase of CaS-MgAl

-（MnS）-TiN is transformed into the complex phase of CaS-MgAl

-（MnS）-RE

-TiN. After addition of rare earth， the amount of inclusions in 20CrMnTi steel decreased significantly， and the inclusions with size over 30 μm basically disappeared. In addition， rare earth improves the anti-fatigue property of gear steel. The fatigue limit of gear steel with rare earth is 26.6 MPa higher than that of gear steel without rare earth at the condition of 50%

failure probability for 10

cycles， with better anti-fatigue performance.

关键词

Keywords

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