2.11 稀土材料

稀土（RareEarth）元素周期表中15个镧系元素再加上钪和钇共计17个金属元素的总称。稀土的特异功能来源于稀土元素具有特异的4f电子构型，4f电子被完全填满的外层5s和5p电子所屏蔽，4f电子的不同运动方式使稀土具有不同于周期表中其他元素的光学、磁学和电学物理和化学特性；并巨，稀土元素具有较大的原子磁矩、很强的自旋轨道耦合等特性，与其他元素形成稀土配合物时，配位数可在3～12之间变化，稀土化合物的晶体结构也是多元化的。在各种材料制备和加工工艺中，添加稀土元素可显著提高产品性能，它被誉为“优异的多功能添加剂”以及“工业维生素”。在冶金过程中，用稀土金属或合金脱氧、脱硫，起净化和调质作用。稀土金属还能同过渡族金属作用生成金属间化合物，这些金属间化合物有其特定的物理性质，其中有些性质优异的已用于现代高科技中，如稀土永磁材料是目前已知的综合性能最好的一种永磁材料；LaNi能吸大量的H ₂ ，是很好的储氢材料；TbFe ₂ 是很好的磁致伸缩材料。另外，稀土材料在燃料电池、发光、防腐、激光、光纤通讯、超导材料等领域有着不可缺少的作用，直接影响着光学仪器、电子、航空航天、核工业等新兴高科技产业发展的速度和水平。

稀土在齿轮行业的应用，有稀土催渗技术。

1.稀土催渗技术

对齿轮弯曲疲劳寿命影响最大的因素有四个：心部硬度、啮合精度、渗层对齿轮心部压应力、齿根部位的非马氏体组织。采用Cr-Mn-Ti系齿轮钢，代替Cr-Ni-Mo系齿轮钢是解决原材料成本唯一的途径。国内常用的17CrNiMo6H、20CrNi2MoH原材料价格很高。而Cr-Mn-Ti系齿轮钢唯一的缺点是抗内氧化的能力低，按常规渗碳工艺，齿根部位非马氏体组织为0.03～0.05mm，达不到≦0.02mm的要求；齿根非马氏体组织太高，降低了齿轮表层对心部的压应力。哈工大与哈汇隆齿轮厂合作，采用稀土催渗工艺，成功地解决了这一难题，使齿轮齿根部位的非马氏体组织控制在0.02mm以内，所用钢材为Cr-Mn-Ti系。哈工大的稀土催渗技术已取得国家发明专利，使我国采用Cr-Mn-Ti系齿轮用钢得以实现。

2.工业齿轮Cr-Mn-Ti钢和稀土催渗技术联合使用

用17Cr2Mn2TiH钢代替17CrNiMo6H钢，原材料成本大为降低，再辅以稀土催渗技术，齿轮的心部淬火硬度达到35～41HRC的最佳水平。保证齿轮有足够的抗弯曲疲劳强度和最小的热变形，能保证齿根非马氏体组织与17CrNiMo6H钢相同。这不仅大大降低原材料成本，齿轮的弯曲疲劳强度、接触疲劳强度也得到提高。

从表2-39可以看出，两个钢种淬透能力完全相同。