齒輪材料噴丸電子束復(fù)合工藝組織與性能.pdf

1、齒輪作為現(xiàn)代機(jī)器的基本零部件，應(yīng)用廣泛。我國(guó)制造業(yè)發(fā)展迅速，但是產(chǎn)量大、質(zhì)量低劣引起的產(chǎn)品過剩是當(dāng)前齒輪行業(yè)比較突出的問題。隨著表面工程技術(shù)不斷創(chuàng)新，利用新型表面改性技術(shù)配合傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化手段，成為了提高材料表面綜合力學(xué)性能的發(fā)展趨勢(shì)。
　　本文源自國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于電子束的齒輪表面改性技術(shù)及性能研究”（項(xiàng)目編號(hào)：51275548）的一部分，研究強(qiáng)流脈沖電子束（HCPEB）與噴丸相結(jié)合處理常用齒輪材料，為強(qiáng)流脈沖電子束

2、與噴丸表面強(qiáng)化技術(shù)相復(fù)合提高齒輪表面綜合力學(xué)性能提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　本文以齒輪鋼40Cr（調(diào)質(zhì)）和20CrMo（滲碳淬火低溫回火）為研究對(duì)象，首先采用不同的強(qiáng)流脈沖電子束工藝參數(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，通過表面形貌、粗糙度和表面硬度的觀察與分析，研究結(jié)果表明：40Cr和20CrMo表面經(jīng)電子束輻照后會(huì)產(chǎn)生熔坑，并隨著電子束加速電壓、脈沖次數(shù)的上升，熔坑數(shù)量減小，尺寸變大，粗糙度降低；40Cr在經(jīng)過參數(shù)為30KV25次電子束處理后表面硬度達(dá)到

3、529.1HV0.03最佳，相對(duì)于基體上升了72.58％；20CrMo在經(jīng)過參數(shù)為24KV35次電子束處理后表面硬度達(dá)到838HV0.03最優(yōu)，對(duì)比與基體上升了19.44％。
　　在以上的研究基礎(chǔ)上，開展了強(qiáng)流脈沖電子束技術(shù)與噴丸強(qiáng)化的復(fù)合處理，通過對(duì)不同工藝復(fù)合處理后的40Cr和20CrMo組織觀察、物相分析、截面硬度梯度分析和殘余應(yīng)力檢測(cè)，與單一處理方式對(duì)比，研究結(jié)果表明：電子束處理能夠改善噴丸后表面的不平整性，表層會(huì)產(chǎn)生“自

4、淬火”和重熔強(qiáng)化；電子束后再噴丸產(chǎn)生的重熔強(qiáng)化最明顯，經(jīng)過30KV25次電子束處理后再噴丸，40Cr和20CrMo表面的熔凝層最厚，分別為5.52μm、9.49μm；電子束處理40Cr和20CrMo后表面均為殘余拉應(yīng)力，40Cr經(jīng)24KV25次電子束處理，拉應(yīng)力最高可達(dá)到572MPa。再經(jīng)噴丸強(qiáng)化可以使材料的表面形成理想的壓應(yīng)力層；電子束處理40Cr和20CrMo后，其截面硬度值隨著層深先減小后增大，最終趨于穩(wěn)定，分別在40μm和70μ

5、m處出現(xiàn)“谷點(diǎn)”，其硬度值低于基體硬度，噴丸可以使硬度層超過100μm以上，先電子束再噴丸復(fù)合表面處理，可以使內(nèi)部應(yīng)力均勻，避免“谷點(diǎn)”出現(xiàn)。
　　最后對(duì)經(jīng)電子束、噴丸、電子束與噴丸復(fù)合處理的40Cr和20CrMo進(jìn)行摩擦磨損、耐腐蝕性能研究。研究結(jié)果表明：電子束再噴丸強(qiáng)化的40Cr和20CrMo的平均摩擦系數(shù)分別為0.34、0.19，磨損體積量分別為12.39×10-3、5.55×10-3mm3，劃痕寬度分別為609、578μm