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齿轮是现代机械应用最为广泛的传动件,起着传动扭矩,改变旋转方向和运行速度的重要作用。齿轮的失效形式主要为齿面剥落和轮齿断裂"。为了提高齿轮接触疲劳和弯曲疲劳寿命，有效的表层改性强化工艺是最有效的方法,如渗碳淬硬、表面感应淬火,氮化、表面激光淬硬、抛丸强化等等。在齿廓表面的一定深度上获得较高的残余压应力,最常用的方法为渗碳淬硬工艺。 
重载硬齿面齿轮常用低碳合金钢制造并深层渗碳淬硬,以满足在重载荷情况下齿面接触疲劳和齿根弯曲疲劳性能要求。为了测试渗层渗碳淬硬层的残余应力分布状况,参照 GB/T8539-2000齿轮材料及热处理质量检验的一般规定和JB/T7516-1994齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制,制作代表性圆柱试样,用于金相分析、显微硬度、化学成分剥层分析和残余应力测定之用。试样材料为20CrMnMo钢,化学成分见表1。
渗碳件经过渗碳淬硬-低温回火处理后,达到强度、硬度、韧性的最佳配合,以及表层较高的压应力和整体最小的变形量,从而保证渗碳件表层具有高的接触疲劳强度和良好的耐磨性。渗碳件的性能主要取决于渗碳层的性能,而渗碳层的性能则取决于表面含碳量、碳浓度梯度、渗碳层深度以及淬回火后的组织结构(45]。文献指出,表层含碳量越高,碳化物的形状、大小、数量越难控制,势必带来对接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的不利影响。因而,大型重载齿轮深层渗碳表层碳浓度控制在0.75%~0.95%是合适的。本试验中,剥层在圆柱试样的端平面进行,为精整待测表面,去除加工痕迹,测试前磨去0.08 mm 作为测试起点,随后每0. 2 mm一层测试碳含量。试样渗碳层的碳浓度分布见图5所示。
渗碳淬硬层沿层深方向的硬度及残留应力分布 试样淬硬层的残留应力测试,采用X-350A 型X射线应力仪,基本参数为:管电压25kV,管电流5 mA,Cr靶K。辐射,准直管直径2 mm, Fe(211)晶面,亚角0°~45°,应力常数=-318 MPa/( °),测试执行GB7704-2008标准,测量原理见式( 1)。为便于分析比对,将每一试样渗碳淬硬层的显微硬度和残留应力组合于一幅图中,大、中,小试样的显微硬度与残留应力分布见图6。
结束语 (1)通过对不同尺寸的代表性试样深层渗碳淬硬层组织分布的研究,了解渗碳淬硬层显微组织分布特征,从而可以通过改善和控制渗碳淬火工艺过程,控制并降低使齿轮发生齿面剥落和轮齿断裂的因素,延长齿轮使用寿命。 (2)在重载大模数齿轮无法进行实物疲劳试验的情况下,认识渗碳淬火后有效硬化层的残留应力分布规律,可以为重载大模数齿轮深层渗碳淬火有效硬化层深度的合理选择,提供关键性的技术支撑,同时为深层渗碳工艺精益化提供指南，达到齿轮产品性能可靠﹑制造工艺节能降耗的双重目的。 |
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