[發(fā)明專利]一種齒輪表面復(fù)合強(qiáng)化的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710096133.7
• 申請(qǐng)日: 2017-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106826571A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳勇;臧立彬;賈森;李凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B24C1/10
• 分類號(hào): B24C1/10;B24C3/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯桂麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及齒輪加工以及表面處理領(lǐng)域，具體涉及一種齒輪表面復(fù)合強(qiáng)化的方法。

背景技術(shù)

低碳合金鋼齒輪廣泛應(yīng)用于汽車變速器、高速鐵路等傳動(dòng)機(jī)械中，隨著傳動(dòng)系統(tǒng)不斷朝著高轉(zhuǎn)速化、高扭矩化、小型化、輕量化方向發(fā)展，對(duì)齒輪的疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命提出更高的要求，傳統(tǒng)的低碳合金鋼齒輪滲碳淬火熱處理工藝難以滿足苛刻工況、高轉(zhuǎn)速高扭矩條件下的傳動(dòng)齒輪疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命要求。

噴丸技術(shù)是當(dāng)前采用的一種提高齒輪彎曲疲勞壽命的方法，現(xiàn)有普通微粒子強(qiáng)力噴丸技術(shù)使表面粗糙度得到改善，但其齒根表面硬化程度較低，殘余應(yīng)力層深度相對(duì)較淺，對(duì)齒輪彎曲疲勞壽命和疲勞極限提高有限。強(qiáng)力噴丸處理(鋼丸粒徑≥0.6mm)可使齒輪的彎曲疲勞壽命得到大幅提高，但對(duì)于齒面接觸疲勞壽命提高效果不明顯，較大直徑的噴丸鋼粒(≥0.3mm)還會(huì)使齒面光潔度降低，對(duì)接觸疲勞壽命產(chǎn)生不利影響。

為了增強(qiáng)齒輪的耐磨性，使其獲得較好的傳動(dòng)性能，李國(guó)云等將二硫化鉬制成0.3mm的微粒子，運(yùn)用二硫化鉬微粒子對(duì)鋼蝸輪副齒面進(jìn)行噴丸處理，使其齒面獲得二硫化鉬固體潤(rùn)滑涂層(參見(jiàn)“表面改質(zhì)鋼蝸輪副的傳動(dòng)性能”，李國(guó)云，姜宏偉，陳勇，等，蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,35(5):32-35)。該技術(shù)雖然能對(duì)齒輪表面的耐磨性進(jìn)行改善，但是二硫化鉬微粒子顆粒過(guò)大，噴丸后在齒輪表面有殘留，且使用二硫化鉬制成的微粒子硬度較低，噴丸強(qiáng)度不夠，齒輪的殘余壓應(yīng)力和表面硬度提高有限，無(wú)法對(duì)材料的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行有效改善。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種齒輪表面復(fù)合強(qiáng)化的方法，利用強(qiáng)力噴丸和二硫化鉬與微粒子混合噴丸處理兩種工藝的耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了比單一表面處理工藝更深的齒面壓應(yīng)力幅值，大幅度提高齒面硬度。同時(shí)改善齒輪表面的潤(rùn)滑性，降低了齒輪表面的摩擦系數(shù)，提高潤(rùn)滑能力及表面光潔度，降低了齒輪嚙合的振動(dòng)噪聲。同時(shí)大幅提高齒輪的彎曲疲勞壽命和接觸疲勞壽命。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種齒輪表面復(fù)合強(qiáng)化的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)使用粒徑為0.6-1mm的鋼丸對(duì)齒輪表面進(jìn)行噴丸處理；

(2)將二硫化鉬與粒徑為0.05-0.1mm的微粒混合后對(duì)步驟(1)噴丸處理后的齒輪繼續(xù)進(jìn)行噴丸，獲得表面得到復(fù)合強(qiáng)化的齒輪。

本發(fā)明首先對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸(鋼丸粒徑≥0.6mm)，獲得了較大的殘余壓應(yīng)力以及較深的殘余應(yīng)力層深度，提高了齒根彎曲疲勞壽命與疲勞極限，但是齒面的粗糙度有所增加。然后將二硫化鉬與0.05-0.1mm的鋼丸混合后對(duì)齒輪進(jìn)行噴丸處理，進(jìn)一步提高了殘余壓應(yīng)力，大幅度提高齒面硬度；超微硬粒子在齒面上形成數(shù)量可觀的可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的凹微坑，同時(shí)在齒面表層產(chǎn)生數(shù)微米覆蓋二硫化鉬固體潤(rùn)滑粒子的涂層，有效的改善齒輪表面的潤(rùn)滑性，降低齒輪表面的粗糙度和摩擦系數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大幅提高齒輪的接觸疲勞壽命和抗磨損能力。表面復(fù)合強(qiáng)化后齒輪表面的最大殘余壓縮應(yīng)力為1250-1400MPa，表面硬度達(dá)到760-865HV，同時(shí)大幅提高齒輪的抗彎曲疲勞強(qiáng)度和抗齒面接觸疲勞強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述鋼丸的粒徑為0.6-1mm，例如可以是0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡(jiǎn)明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

強(qiáng)力噴丸的粒徑過(guò)小，齒根表面硬化程度較低，殘余應(yīng)力層深度相對(duì)較淺，對(duì)齒輪彎曲疲勞壽命和疲勞極限提高有限；強(qiáng)力噴丸粒徑過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致齒輪表面粗糙度急劇升高，且通過(guò)后續(xù)噴丸處理難以消除，降低噴丸強(qiáng)化效果。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述噴丸處理的強(qiáng)度為3.5-4.5Mpa，例如可以是3.5Mpa、3.6Mpa、3.7Mpa、3.8Mpa、3.9Mpa、4Mpa、4.1Mpa、4.2Mpa、4.3Mpa、4.4Mpa或4.5Mpa，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡(jiǎn)明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述噴丸處理的時(shí)間為85-95s，例如可以是85s、86s、87s、88s、89s、90s、91s、92s、93s、94s或95s，以及上述數(shù)值之間的具體點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡(jiǎn)明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。