渗碳齿轮钢表面喷丸强化研究

发布时间：2020-06-19 12:07

【摘要】：喷丸强化是齿轮最常用的表面强化方法,不仅能提高齿轮的抗疲劳性能和耐磨性,还能使齿轮心部保持良好的韧性。本文主要研究了弹丸直径和喷丸强度对渗碳20Cr2Ni4A钢和渗碳9310钢试样表层显微组织、残余奥氏体、残余应力、显微硬度和表面形貌的影响,以及对20Cr2Ni4A钢摩擦磨损性能、冲蚀性能和9310钢在不同温度下摩擦磨损性能的影响;借助ABAQUS有限元分析软件,研究了弹丸直径和喷丸速度对9310钢表层残余应力场和表面粗糙度的影响。经过喷丸处理,渗碳20Cr2Ni4A钢和渗碳9310钢试样在其他条件相同时,弹丸直径增大,试样表面的X射线衍射半高宽宽度也随之增加;试样表层的残余奥氏体转变为马氏体的量增加且对残余奥氏体影响的深度增大;试样表层的残余应力增加,且分布深度也有所增大。随着喷丸强度增加,试样表层的残余奥氏体量逐渐减少,且诱发残余奥氏体转变为马氏体的深度增加;试样表层的残余应力得到明显提高且分布深度也明显增加,最大残余应力距表面的距离也增大。弹丸直径增大或喷丸强度增加,试样表层的显微硬度都得到提高,但表面粗糙度也都明显增大。渗碳20Cr2Ni4A钢试样,在摩擦磨损试验中,其他条件相同时,无论弹丸直径增大,还是喷丸强度增加,试样的摩擦系数基本没有变化,磨损率都明显降低;未喷丸试样和喷丸工艺(1)试样以磨粒磨损为主;喷丸工艺(2)试样以磨粒磨损为主,伴有粘着磨损;喷丸工艺(3)和工艺(4)试样都以粘着磨损为主。冲蚀试验中,在30°冲蚀角的冲蚀下,喷丸强化对试样的冲蚀性能影响不大,此时主要破坏机制为小角度的犁削冲蚀机制;在90°冲蚀角的冲蚀下,喷丸强化使试样抗冲蚀性能提高,此时主要破坏机制为高角度的点坑式破坏。渗碳9310钢试样的常温摩擦磨损试验结果表明,其他条件相同时,弹丸直径增大,试样的摩擦系数有所增大,试样磨损率明显降低;随着喷丸强度增加,试样的摩擦系数几乎不变,试样磨损率逐渐降低。未喷丸试样和喷丸工艺(1)试样以磨粒磨损为主;喷丸工艺(2)试样既有磨粒磨损,也有粘着磨损;喷丸工艺(3)、工艺(4)和工艺(5)试样都以粘着磨损为主。在高温摩擦磨损试验中,不同温度下,试样喷丸前后的摩擦系数不变;在100℃和200℃时,喷丸强化对试样的耐磨性有一定提高,300℃时喷丸强化效果消失,试样由于磨痕表面被氧化,磨损量反而降低;在100℃时,试样以磨粒磨损为主,在200℃时,试样以粘着磨损为主,在300℃时,试样以磨粒磨损和氧化磨损为主。通过对渗碳20Cr2Ni4A钢和渗碳9310钢喷丸后表层显微组织、表层压应力场和耐磨性的分析评比可知,喷丸工艺(4)可作为渗碳20Cr2Ni4A钢的最佳喷丸方案;喷丸工艺(4)和工艺(5)都可作为渗碳9310钢的喷丸方案。通过对9310钢喷丸强化进行有限元模拟,得知随着弹丸尺寸增大或喷丸速度增加,表面残余压应力、最大残余压应力及其层深和残余压应力的深度均增大,但表面粗糙度也明显增加。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG668
【图文】：

形貌,齿面点蚀

不同喷丸工艺对齿轮材料的表面组织和性能的影响，得到最佳喷丸工艺；通过喷丸前后的组织和性能的对比分析研究，考核评价喷丸对防止齿轮疲劳失效的效果，为工程应用中同种材料齿轮的真空渗碳和喷丸工艺提供理论和实验参考。1.2 影响齿轮失效的因素1.2.1 齿轮的主要失效形式齿轮在工作过程中，轮齿齿面间通过相互啮合来传递动力。因此，轮齿是齿轮上最容易发生失效的部分。轮齿主要有五种失效形式[9]：1.接触疲劳1）点蚀。齿轮在传递动力过程中，轮齿齿面啮合处会受到周期性变化的接触应力，在接触应力的循环作用下，轮齿表面或次表面会出现大小不等的细线状疲劳裂纹。疲劳裂纹逐渐扩展，使齿面金属脱落形成点状的凹坑，成为齿面点蚀。齿面点蚀形貌如图 1.1所示。

齿面,浅层,疲劳裂纹

第 1 章绪论纹，疲劳裂纹不断扩展，并引起齿面大面积掉块的落和深层剥落两种形式。征如图 1.2 所示。齿轮发生浅层剥落时，裂纹一般环载荷作用下裂纹逐渐扩展，最终在齿轮渗碳层表齿间摩擦因数很小时，最大接触应力应在距齿面一夹杂物边缘产生的微区应力集中而形成疲劳裂纹，

【参考文献】