40Cr圆柱齿轮在氮气/水雾化淬火工艺下的弯曲疲劳性能研究

发布时间：2022-12-17 21:48

　　热处理是金属材料加工中重要过程之一,通过改变金属内部微观结构或者表面化学成分,达到改善材料的综合力学性能的目的。氮气/水雾化淬火是一种新型的热处理淬火工艺。以其冷却速率快,淬后均匀性好,无环境污染特别是其淬火过程可控的优点受到广泛的关注与研究。本文以40Cr圆柱齿轮为研究对象,探究氮气/水雾化淬火在齿轮表面淬火领域的淬火效果。从淬火后齿轮表面硬度,展开淬火工艺参数优化和齿轮疲劳性能的研究,经过理论计算、装置改进和优化、淬火试验、疲劳试验及试验数据处理,获得如下结论：1、40Cr圆柱体试件氮气/水雾化淬火提高氮气压力和增加水流量对试件表面和芯部硬度均有提升作用,水流量增加对提高试件硬度的作用效果高于氮气压力的提高；水流量因子为氮气/水雾化淬火工艺冷却速率的主要影响因子,随着水流量的增加,介质的冷却能力增强。2、40Cr圆柱齿轮氮气/水雾化淬火对齿轮表面硬度测量发现,在中小水量条件下,试件的表面硬度与大水量条件下比较只有微小差异,试件不会产生淬火裂纹。同时,小水量条件下淬火后硬度数据离散加大。氮气/水雾化淬火工艺能够获得比油淬更高的表面硬度,并且该工艺获得的齿轮表面硬度离散程度小,淬后均匀... 

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 传统淬火工艺及发展
    1.2 气体淬火工艺及发展
    1.3 气雾淬火工艺及发展
    1.4 齿轮
        1.4.1 齿轮的特点及分类
        1.4.2 国外齿轮行业发展现状
        1.4.3 国内齿轮行业发展现状
    1.5 齿轮疲劳现状及问题的发展
        1.5.1 齿轮受力特点
        1.5.2 齿轮疲劳问题的发展
    1.6 课题研究的意义
        1.6.1 齿轮弯曲疲劳
        1.6.2 提高齿轮疲劳强度的方法
    1.7 研究思路及内容
        1.7.1 研究思路
        1.7.2 研究内容
        1.7.3 本文创新点
第二章 淬火影响因子试验及结果分析
    2.1 40Cr材料参数
        2.1.1 40Cr的膨胀系数的测定
        2.1.2 40Cr导热系数的测定
    2.2 氮气发生装置
        2.2.1 氮气发生装置流程图
    2.3 自动测温系统
        2.3.1 测试系统原理
        2.3.2 测试系统结构
        2.3.3 热电偶制作
    2.4 气压、水量控制系统
    2.5 加热淬火装置的设计
    2.6 实验方案
        2.6.1 钢材的选择
        2.6.2 试件的加工
        2.6.3 加热及保温时间
    2.7 试验目的
    2.8 试验设计
        2.8.1 试验设计基本定义与原理
        2.8.2 试验设计的主要步骤
    2.9 试验方案
    2.10 试验
    2.11 试件工况
    2.12 试验过程冷却曲线
    2.13 淬火冷却时间分析
    2.14 淬火影响因子分析
    2.15 试验前后硬度分析
        2.15.1 硬度测试原理
        2.15.2 硬度测试应用范围
        2.15.3 硬度测试测点分布
        2.15.4 硬度测试结果
    2.16 试验前后金相分析
        2.16.1 金相定义
        2.16.2 基本金相组织
        2.16.3 金相组织观测结果
    2.17 本章小结
第三章 40Cr圆柱齿轮淬火试验及结果分析
    3.1 齿轮相关参数确定
    3.2 齿轮高频加热淬火方式确定
        3.2.1 高频感应加热
    3.3 装置的设计
        3.3.1 雾化设备的设计
        3.3.2 载物台的设计
        3.3.3 加热设备的设计
        3.3.4 温度采集装置
    3.4 淬火试验方案设计
        3.4.1 加热方案
        3.4.2 淬火方案
    3.5 齿轮淬火前后无损检测
        3.5.1 无损检测
    3.6 齿轮淬火前渗透探伤
    3.7 齿轮淬火后无损检测
    3.8 齿轮淬火前后硬度测试
        3.8.1 硬度测试方案
        3.8.2 齿轮表面硬度数据图
    3.9 本章小结
第四章 40Cr圆柱齿轮弯曲疲劳强度试验
    4.1 弯曲疲劳简介
    4.2. 齿轮试验装置
        4.2.1 齿轮弯曲疲劳试验装置
        4.2.2 试验齿轮夹具设计
        4.2.3 试验机简介
    4.3 齿根应力计算
        4.3.1 E点位置确定
        4.3.2 齿根应力计算公式为
        4.3.3 试验机荷载对应的齿根应力
    4.4 本章小结
第五章 40Cr圆柱齿轮弯曲疲劳强度试验结果处理与分析
    5.1 齿轮弯曲疲劳数据分析
        5.1.1 试验数据分析常用函数
    5.2 齿轮弯曲疲劳试验S-N曲线拟合
    5.3 齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线拟合
        5.3.1 可靠性的定义
        5.3.2 可靠性的特征量
        5.3.3 试验可靠度要求
        5.3.4 P-S-N曲线拟合
    5.4 轮齿断面SEM分析
    5.5 小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
        6.1.1 40Cr圆柱试件淬火试验
        6.1.2 40Cr齿轮淬火试验
        6.1.3 40Cr齿轮高频疲劳试验
    6.2 论文中存在的不足
    6.3 需要进一步深入研究的工作
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士学位期间发表和完成的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]试验设计方法在长花键轴渗碳淬火变形控制中的应用[J]. 赵亚丽,李荣,黄宁.  金属加工(热加工). 2012(S2)
[2]K型热电偶冷端补偿研究[J]. 魏元,吴璋,徐岱.  计测技术. 2011(06)
[3]机械可靠性设计的内涵与递进[J]. 张义民.  机械工程学报. 2010(14)
[4]真空高压混合气淬技术的发展[J]. 贾时君,余征宇,陶永福.  热处理. 2008(05)
[5]W18Cr4V合金工具钢在不同介质淬火后性能比较[J]. 程赫明,谢建斌,李建云.  材料科学与工艺. 2005(06)
[6]AT尖轨欠速淬火中硬度均匀性的研究[J]. 詹新伟,王树青.  金属热处理. 2003(05)
[7]组合辙叉火焰淬火设备及工艺的研究[J]. 李琦.  铁道标准设计. 2002(09)
[8]石油钻杆焊缝气雾淬火过程温度场的数值计算[J]. 李启堂,胡荣生,张立文.  大连理工大学学报. 2000(01)
[9]气雾式在线冷却装置在厚板轧机上的应用[J]. 常崇民,陈继虞,姬树高.  轧钢. 1997(06)

博士论文
[1]金属及合金在不同介质中淬火时的数值模拟和应用研究[D]. 谢建斌.昆明理工大学 2003

硕士论文
[1]T10钢常压高速气雾淬火实验研究与数值计算[D]. 魏留闯.昆明理工大学 2013
[2]强流脉冲电子束强化齿轮弯曲疲劳性能研究[D]. 李小波.重庆理工大学 2011
[3]发射器关键零件疲劳可靠性分析[D]. 马建伟.大连理工大学 2009



本文编号：3720702