[發(fā)明專利]一種齒輪復合表面強化處理的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710096144.5
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106863142B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳勇;賈森;臧立彬;李凱
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: B24C1/00
• 分類號: B24C1/00;C23C22/18
• 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

本發(fā)明提供一種齒輪表面復合強化處理的方法，首先對齒輪表面進行兩次噴丸處理，第一次噴丸為用直徑為0.6?1.0mm的鋼丸在0.3?0.5MPa的壓力下，70?90m/s的速度下對齒輪進行噴丸處理85?95s，第二次噴丸為用直徑為0.1?0.2mm的鋼丸對齒輪繼續(xù)噴丸處理10?20s；然后對齒輪進行前處理；將前處理后的齒輪使用錳系磷化液進行磷化處理，控制錳系磷化液的酸比為5.6?6.2，在齒輪表面獲得磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層，獲得表面得到復合強化的齒輪。本發(fā)明同時顯著提高了齒輪的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，提高了其使用壽命，并且提高了齒輪的強化處理效率，降低了成本，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的應用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及齒輪加工領(lǐng)域以及表面處理領(lǐng)域，具體涉及一種齒輪復合表面強化處理的方法

背景技術(shù)

低碳合金鋼齒輪廣泛應用于汽車變速器、高速鐵路等傳動機械中，隨著傳動系統(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，對齒輪的疲勞強度及疲勞壽命提出更高的要求，低碳合金鋼齒輪傳統(tǒng)的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齒輪疲勞強度及疲勞壽命要求。

噴丸是廣泛使用的一種在再結(jié)晶溫度以下的表面強化方法，可顯著提高抗彎曲疲勞、抗腐蝕疲勞,具有操作簡單、耗能少、效率高、適應面廣等優(yōu)點，而復合噴丸強化技術(shù)首先采用高硬度較大丸粒，在高壓、高速條件下噴丸，然后再用直徑較小的高硬丸粒進行噴丸，在齒輪表面形成復合殘余壓力，改善表面粗糙度，使齒面附近的殘余壓縮應力得到顯著提高，進而抑制齒輪疲勞裂紋的展開。

CN101530985A公開了一種兼顧表面強化和拋光的復合噴丸處理方法，步驟如下：第一步，對材料進行一次噴丸，使達到飽和噴丸強度；在一次噴丸的基礎(chǔ)上，進行二次噴丸，二次噴丸飽和噴丸強度為一次噴丸飽和噴丸強度的0.6倍左右，噴丸設(shè)備和所用彈丸與一次噴丸完全相同。該發(fā)明在不需要更換噴丸設(shè)備和彈丸前提下，增大了表面及近表面區(qū)殘余壓應力，提高表面及近表面區(qū)顯微硬度，并顯著降低零件表面粗糙度，提高噴丸材料表面質(zhì)量。但是該齒輪表面的韌性有所下降，齒輪的疲勞點蝕、剝落問題惡化。

磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠儲存潤滑油，在浸油潤滑時表現(xiàn)出良好的減摩耐可以有效降低摩擦副表面的摩擦系數(shù)，同時具有良好的抗腐蝕性、抗咬合或擦傷性能。通過普通磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層處理后，齒輪表面產(chǎn)生數(shù)微米的軟質(zhì)層，填平了齒輪表面大部分凹凸切削波紋，降低了齒面的局部最大嚙合接觸應力和金屬表面摩擦系數(shù)，改善了齒輪嚙合時的油膜狀況和潤滑狀況。

石萬凱等采用新型磷化處理工藝在20Cr鋼表面制備了超微細磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層.浸油潤滑條件下，采用MMW-1P型立式萬能摩擦磨損試驗機評價了轉(zhuǎn)化涂層的摩擦學性能，并用SEM和EDX表征轉(zhuǎn)化涂層表面及磨損表面的形貌和成分，用XRD分析轉(zhuǎn)化涂層的相結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，鋼表面超微細磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層由Mn₃(PO4)₂·3H₂O組成，同時存在少量Mn₃(PO₄)₂·10H₂O和(Fe，Mn)₂(PO₄)(OH)；磷化晶粒的尺寸約為0.2～0.5μm；涂層表面孔隙的儲油特性有利于改善其摩擦學性能；浸油潤滑條件下，鋼表面的超微細磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層具有明顯的減摩與耐磨效果(參見“超微細磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層摩擦磨損性能研究”，石萬凱等，摩擦學學報，2009，29(3):267-271)。但是該齒輪的抗彎曲疲勞強度不足。

CN105983842A公開了一種齒輪加工工藝，在齒形加工后進行強力噴丸和磷化處理的步驟。通過強力噴丸來提高齒輪的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度；通過磷化處理減小齒面間的摩擦。但是其只是機械的將噴丸和磷化處理相結(jié)合，沒有對工藝進行選擇和優(yōu)化，取得的效果有限。