[發(fā)明專利]一種超高強度不銹鋼齒輪表面復合強化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110037422.6
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112756707B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 張加波;鄭立彥;韓建超;梁志強;王春健;張開虎;李楓
• 申請（專利權）人: 北京衛(wèi)星制造廠有限公司
• 主分類號: B23F1/00
• 分類號: B23F1/00;B23F19/00;B23K26/362;B24B1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種超高強度不銹鋼齒輪表面復合強化方法，首先對超高強度不銹鋼CF170材料進行粗加工，形成齒坯及齒形外形；然后對齒坯及齒形外形進行固溶時效熱處理，使其硬度達到HRC46?51；進行半精加工；利用磨床進行磨削精加工，得到齒輪外形，同時通過磨削使表層材料發(fā)生形變強化；然后利用激光噴丸設備產(chǎn)生激光束沖擊齒輪表面，采用水流約束、鋁箔吸收的方式進行激光噴丸，形成梯度分布的硬化層和殘余壓應力層，殘余壓應力最大值出現(xiàn)在表面；最后進行超聲滾光，使其表面殘余壓應力分布均勻，消除加工紋理，改善被處理表面的粗糙度，齒輪表面光潔。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)超高強度不銹鋼齒輪材料高質(zhì)量表面強化處理，滿足航天器精密齒輪高可靠性要求。

技術領域

本發(fā)明屬于航空航天精密加工領域，涉及一種超高強度不銹鋼齒輪表面復合強化方法。

背景技術

精密驅(qū)動傳動機構作為航天器實現(xiàn)空間運動的基礎部件，其高可靠性能對航天器壽命具有重要意義。在驅(qū)動傳動機構精密齒輪嚙合傳動過程中，齒輪表面往往需要接觸并承受很大的載荷，因此對齒輪的抗疲勞性能及表面質(zhì)量具有較高的要求。表面強化是提高齒輪零件抗疲勞能力的有效手段，主要通過細化表層組織及改善殘余壓應力的分布形成高硬、高強的硬化層獲得。當前表面強化技術主要包括表面形變強化、熱處理強化、化學熱處理強化與涂覆強化四種類型。其中表面形變強化是是一種應用最為廣泛的強化處理方式，利用外力作用使材料表層產(chǎn)生塑形變形和加工硬化。其它強化類型相比，能夠避免因強化過程中因高溫導致的零件變形，且能顯著提高產(chǎn)品抗疲勞能力。

當前航天器精密驅(qū)動傳動機構中，高精度齒輪選用的是一種超高強度馬氏體時效強化不銹鋼CF170材料，其由于優(yōu)良的力學性能在航天產(chǎn)品中具有廣泛的應用前景。但該材料由于具有較高的硬度，加工過程中應力較大導致變形問題較為突出。目前CF170齒輪在完成機械加工后利用表面化學熱處理強化來進行強化處理，但強化過程中的高溫進一步加劇了齒輪零件的變形，且易出現(xiàn)裂紋，導致齒輪機械加工后的精度降低，產(chǎn)品合格率低。同時CF170材料含有較高的Cr、Ni、Mo和Ti等合金元素，利用滲氮處理進行表面強化時，由于Ni元素對氮原子的滲入具有抑制作用，因而影響滲氮強化處理效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種超高強度不銹鋼齒輪表面復合強化方法。

本發(fā)明解決技術的方案是：

一種超高強度不銹鋼齒輪表面復合強化方法，該方法的步驟包括：

步驟一，對超高強度不銹鋼CF170材料進行粗加工，形成齒坯及齒形外形；

步驟二，對步驟一得到的齒坯及齒形外形進行固溶時效熱處理，使其硬度達到HRC46-51；

步驟三，對齒坯及齒形外形利用線切割設備進行半精加工；

步驟四、利用磨床對步驟三處理后的齒坯及齒形外形進行磨削精加工，得到齒輪外形，同時通過磨削使表層材料發(fā)生形變強化，表面粗糙度Ra0.8-1.6μm，在齒輪表面形成明顯的波峰波谷；磨削精加工時，進給速度1000-2000mm/min，磨削深度0.1-0.5mm；磨削砂輪選用鑄鐵基結合劑的砂輪，磨粒粒度60目，磨粒負前角為60-70度；

步驟五、利用激光噴丸設備產(chǎn)生的高能短脈沖激光束沖擊齒輪表面，采用水流約束、鋁箔吸收的方式進行激光噴丸，形成梯度分布的硬化層和殘余壓應力層，殘余壓應力最大值出現(xiàn)在表面；

步驟六、對激光噴丸后的齒輪表面進行超聲滾光，使其表面殘余壓應力分布均勻，消除加工紋理，改善被處理表面的粗糙度，使齒輪表面光潔度達到Ra0.4。

所述步驟四中，磨削精加工時，磨粒尖部修整為圓弧，使其不具備鋒利的切削能力，同時避免加工過程中由于舊磨粒脫落產(chǎn)生新的鋒利磨粒。

所述步驟六中，超聲滾光時，選用直徑1.5mm～3mm的硬質(zhì)合金或藍寶石滾壓頭。