齿轮钢18Cr2Ni4WA表面复合强化工艺设计及性能研究
发布时间：2021-05-11 08:29
渗碳热处理被广泛用于提高齿轮等零件的表面硬度和耐磨性,同时保持心部良好的韧性。但传统的渗碳受较高的渗碳温度和较长的渗碳时间的限制。稀土离子注入技术可以通过改变表面和界面的物理和化学性质来改善材料性质。表面纳米化技术可以在各种金属材料表面获得纳米晶微结构,该技术可以提高渗碳动力学,有效地实现低温渗碳。本文采用表面纳米化或离子注入作为齿轮钢18Cr2Ni4W真空渗碳的前处理方法以促进真空渗碳过程,最后对渗碳层喷丸强化,旨在提升齿轮钢材料的接触疲劳性能、弯曲疲劳性能和摩擦磨损性能。研究结果表明:采用超音速微粒轰击技术在基材表面制备一层纳米晶改性层,纳米化处理240s为最佳工艺。随纳米化时间增加,基材表面的硬度提升最高达48.3HRC,纳米化层厚度增加,表面粗糙度先增加后减小之后稳定;纳米晶改性层晶粒尺寸减小,微观应变和残余压应力增大,但不改变原始组织的物相结构;离子注入La有效深度大约是60nm,以氧化镧的形式存在于基材中,不会改变基材原始组织物相结构,基材表面平均纳米硬度提高且摩擦系数降低。未经前处理,渗碳温度为920℃的渗碳层试验结果最佳。真空渗碳后的到的表面组织为板条马氏体、碳化物和残...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 齿轮钢18Cr2Ni4WA概述
1.3 齿轮表面强化方法及研究现状
1.3.1 真空渗碳
1.3.2 真空渗碳前处理方法
1.3.3 真空渗碳后处理方法
1.4 本课题研究内容
第2章 试验材料与研究方法
2.1 试验方案
2.2 试验材料
2.3 试验制备方法
2.3.1 超音速微粒轰击表面纳米化
2.3.2 离子注入
2.3.3 真空渗碳
2.3.4 喷丸强化
2.4 试验表征方法
2.4.1 组织观察及结构分析
2.4.2 力学性能测试
2.5 本章小结
第3章 真空渗碳的前处理强化研究
3.1 前处理工艺参数设计
3.1.1 超音速微粒轰击纳米化工艺
3.1.2 离子注入元素及工艺
3.2 表面纳米化后组织及结构分析
3.2.1 表面宏观形貌及粗糙度
3.2.2 表面三维形貌
3.2.3 截面组织形貌
3.2.4 表面物相组成
3.2.5 硬度分布
3.3 离子注入La后组织结构及性能分析
3.3.1 XPS分析
3.3.2 表面物相组成分析
3.3.3 表面纳米压痕测试
3.3.4 摩擦系数分析
3.4 本章小结
第4章 真空渗碳工艺及温度研究
4.1 真空渗碳工艺流程
4.2 不同温度下渗碳层金相组织研究
4.3 不同温度下渗碳层组织亚结构分析
4.4 不同温度下渗碳层硬度分布
4.5 不同温度下渗碳层常温摩擦磨损性能研究
4.6 本章小结
第5章 改性真空渗碳强化层组织及性能研究
5.1 改性渗碳层显微组织分析
5.1.1 金相组织观察
5.1.2 SEM形貌分析
5.1.3 TEM形貌分析
5.2 改性渗碳层物相结构分析
5.3 改性渗碳层的硬度分布
5.4 改性渗碳层的常温摩擦磨损性能分析
5.5 改性渗碳层的100℃摩擦磨损性能分析
5.6 改性渗碳层在特殊介质下的摩擦磨损性能分析
5.7 本章小结
第6章 真空渗碳后处理及改性渗碳层力学性能研究
6.1 真空渗碳后处理喷丸强化研究
6.2 复合强化层接触疲劳研究
6.2.1 接触疲劳试验设计
6.2.2 接触疲劳形貌分析
6.2.3 接触疲劳数据分析
6.3 复合强化层弯曲疲劳研究
6.3.1 弯曲疲劳试验设计
6.3.2 弯曲疲劳形貌分析
6.3.3 弯曲疲劳数据分析
6.4 复合强化层摩擦磨损研究
6.4.1 摩擦磨损试验设计
6.4.2 摩擦磨损数据分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于极点对称模态分解和支持向量机的船用齿轮箱故障诊断[J]. 张喻. 中国水运. 2018(10)
[2]直齿圆柱齿轮双向镦挤精密成形工艺对比研究[J]. 郭开元,张如华,吴泽,曾广元. 材料科学与工艺. 2019(03)
[3]轻型高速船用齿轮箱发展现状研究[J]. 陈进熹. 船舶工程. 2017(06)
[4]表面纳米化对304不锈钢渗碳层组织和性能的影响[J]. 王少杰,韩靖,韩月娇,张雪梅,赵君文,戴光泽. 中国表面工程. 2017(03)
[5]船用齿轮箱状态评估的技术研究[J]. 郭景全. 舰船科学技术. 2016(20)
[6]18Cr2Ni4WA钢从动齿轮轴的热处理[J]. 张长英. 金属热处理. 2016(06)
[7]齿轮真空渗碳热处理变形控制探析[J]. 楚大锋. 汽车工艺与材料. 2015(03)
[8]真空渗碳热处理齿角残余奥氏体控制[J]. 楚大锋. 汽车工艺与材料. 2014(12)
[9]18Cr2Ni4WA钢真空渗碳后热处理工艺的优化[J]. 徐子健,魏绍鹏,周鹏,路景辰,王罡. 金属热处理. 2014(09)
[10]渗碳与喷丸复合处理对18Cr2Ni4WA钢表面完整性及疲劳性能的影响[J]. 常晓东,刘道新,崔腾飞,曾惠元,周莉,杜东兴. 机械科学与技术. 2013(11)
博士论文
[1]形态、结构、材料耦元对合金钢滚动接触疲劳磨损性能的影响[D]. 杨皖实.吉林大学 2016
硕士论文
[1]9310钢窄齿形零件渗碳工艺的研究[D]. 侯兆敏.哈尔滨理工大学 2017
[2]高温渗碳合金钢组织与性能研究[D]. 牛婷婷.大连理工大学 2016
[3]ZrTiAlV合金双辉等离子表面渗碳及其性能研究[D]. 席微.燕山大学 2013
[4]35钢表面微纳结构制备及蒸发镀铝复合处理后的性能研究[D]. 王锐坤.广东工业大学 2013
[5]低碳钢表面纳米化组织结构及性能研究[D]. 史美霞.太原理工大学 2010
[6]真空渗碳控制中材料关键参数的测量和模拟软件的开发[D]. 舒颖.上海交通大学 2009
[7]0Cr18Ni9钢超音速微粒轰击（SFPB）表面纳米化机理与性能研究[D]. 刘忠良.西安理工大学 2008
[8]高能喷丸表面纳米化后表面粗糙度和损伤的研究[D]. 杨磊.大连交通大学 2006
[9]7A04表面纳米化及其对离子注入的影响[D]. 叶惠琼.南京理工大学 2006
[10]超音速微粒轰击316L不锈钢表面纳米化的研究[D]. 刘志文.辽宁工程技术大学 2002
本文编号：3181091
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.2 齿轮钢18Cr2Ni4WA概述
1.3 齿轮表面强化方法及研究现状
1.3.1 真空渗碳
1.3.2 真空渗碳前处理方法
1.3.3 真空渗碳后处理方法
1.4 本课题研究内容
第2章 试验材料与研究方法
2.1 试验方案
2.2 试验材料
2.3 试验制备方法
2.3.1 超音速微粒轰击表面纳米化
2.3.2 离子注入
2.3.3 真空渗碳
2.3.4 喷丸强化
2.4 试验表征方法
2.4.1 组织观察及结构分析
2.4.2 力学性能测试
2.5 本章小结
第3章 真空渗碳的前处理强化研究
3.1 前处理工艺参数设计
3.1.1 超音速微粒轰击纳米化工艺
3.1.2 离子注入元素及工艺
3.2 表面纳米化后组织及结构分析
3.2.1 表面宏观形貌及粗糙度
3.2.2 表面三维形貌
3.2.3 截面组织形貌
3.2.4 表面物相组成
3.2.5 硬度分布
3.3 离子注入La后组织结构及性能分析
3.3.1 XPS分析
3.3.2 表面物相组成分析
3.3.3 表面纳米压痕测试
3.3.4 摩擦系数分析
3.4 本章小结
第4章 真空渗碳工艺及温度研究
4.1 真空渗碳工艺流程
4.2 不同温度下渗碳层金相组织研究
4.3 不同温度下渗碳层组织亚结构分析
4.4 不同温度下渗碳层硬度分布
4.5 不同温度下渗碳层常温摩擦磨损性能研究
4.6 本章小结
第5章 改性真空渗碳强化层组织及性能研究
5.1 改性渗碳层显微组织分析
5.1.1 金相组织观察
5.1.2 SEM形貌分析
5.1.3 TEM形貌分析
5.2 改性渗碳层物相结构分析
5.3 改性渗碳层的硬度分布
5.4 改性渗碳层的常温摩擦磨损性能分析
5.5 改性渗碳层的100℃摩擦磨损性能分析
5.6 改性渗碳层在特殊介质下的摩擦磨损性能分析
5.7 本章小结
第6章 真空渗碳后处理及改性渗碳层力学性能研究
6.1 真空渗碳后处理喷丸强化研究
6.2 复合强化层接触疲劳研究
6.2.1 接触疲劳试验设计
6.2.2 接触疲劳形貌分析
6.2.3 接触疲劳数据分析
6.3 复合强化层弯曲疲劳研究
6.3.1 弯曲疲劳试验设计
6.3.2 弯曲疲劳形貌分析
6.3.3 弯曲疲劳数据分析
6.4 复合强化层摩擦磨损研究
6.4.1 摩擦磨损试验设计
6.4.2 摩擦磨损数据分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于极点对称模态分解和支持向量机的船用齿轮箱故障诊断[J]. 张喻. 中国水运. 2018(10)
[2]直齿圆柱齿轮双向镦挤精密成形工艺对比研究[J]. 郭开元,张如华,吴泽,曾广元. 材料科学与工艺. 2019(03)
[3]轻型高速船用齿轮箱发展现状研究[J]. 陈进熹. 船舶工程. 2017(06)
[4]表面纳米化对304不锈钢渗碳层组织和性能的影响[J]. 王少杰,韩靖,韩月娇,张雪梅,赵君文,戴光泽. 中国表面工程. 2017(03)
[5]船用齿轮箱状态评估的技术研究[J]. 郭景全. 舰船科学技术. 2016(20)
[6]18Cr2Ni4WA钢从动齿轮轴的热处理[J]. 张长英. 金属热处理. 2016(06)
[7]齿轮真空渗碳热处理变形控制探析[J]. 楚大锋. 汽车工艺与材料. 2015(03)
[8]真空渗碳热处理齿角残余奥氏体控制[J]. 楚大锋. 汽车工艺与材料. 2014(12)
[9]18Cr2Ni4WA钢真空渗碳后热处理工艺的优化[J]. 徐子健,魏绍鹏,周鹏,路景辰,王罡. 金属热处理. 2014(09)
[10]渗碳与喷丸复合处理对18Cr2Ni4WA钢表面完整性及疲劳性能的影响[J]. 常晓东,刘道新,崔腾飞,曾惠元,周莉,杜东兴. 机械科学与技术. 2013(11)
博士论文
[1]形态、结构、材料耦元对合金钢滚动接触疲劳磨损性能的影响[D]. 杨皖实.吉林大学 2016
硕士论文
[1]9310钢窄齿形零件渗碳工艺的研究[D]. 侯兆敏.哈尔滨理工大学 2017
[2]高温渗碳合金钢组织与性能研究[D]. 牛婷婷.大连理工大学 2016
[3]ZrTiAlV合金双辉等离子表面渗碳及其性能研究[D]. 席微.燕山大学 2013
[4]35钢表面微纳结构制备及蒸发镀铝复合处理后的性能研究[D]. 王锐坤.广东工业大学 2013
[5]低碳钢表面纳米化组织结构及性能研究[D]. 史美霞.太原理工大学 2010
[6]真空渗碳控制中材料关键参数的测量和模拟软件的开发[D]. 舒颖.上海交通大学 2009
[7]0Cr18Ni9钢超音速微粒轰击（SFPB）表面纳米化机理与性能研究[D]. 刘忠良.西安理工大学 2008
[8]高能喷丸表面纳米化后表面粗糙度和损伤的研究[D]. 杨磊.大连交通大学 2006
[9]7A04表面纳米化及其对离子注入的影响[D]. 叶惠琼.南京理工大学 2006
[10]超音速微粒轰击316L不锈钢表面纳米化的研究[D]. 刘志文.辽宁工程技术大学 2002
本文编号：3181091
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