[发明专利]一种齿轮表面复合强化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮加工以及表面处理领域，具体涉及一种齿轮表面复合强化的方法。

背景技术

低碳合金钢齿轮广泛应用于汽车变速器、高速铁路等传动机械中，随着传动系统不断朝着高转速化、高扭矩化、小型化、轻量化方向发展，对齿轮的疲劳强度及疲劳寿命提出更高的要求，传统的低碳合金钢齿轮渗碳淬火热处理工艺难以满足苛刻工况、高转速高扭矩条件下的传动齿轮疲劳强度及疲劳寿命要求。

喷丸技术是当前采用的一种提高齿轮弯曲疲劳寿命的方法，现有普通微粒子强力喷丸技术使表面粗糙度得到改善，但其齿根表面硬化程度较低，残余应力层深度相对较浅，对齿轮弯曲疲劳寿命和疲劳极限提高有限。强力喷丸处理(钢丸粒径≥0.6mm)可使齿轮的弯曲疲劳寿命得到大幅提高，但对于齿面接触疲劳寿命提高效果不明显，较大直径的喷丸钢粒(≥0.3mm)还会使齿面光洁度降低，对接触疲劳寿命产生不利影响。

为了增强齿轮的耐磨性，使其获得较好的传动性能，李国云等将二硫化钼制成0.3mm的微粒子，运用二硫化钼微粒子对钢蜗轮副齿面进行喷丸处理，使其齿面获得二硫化钼固体润滑涂层(参见“表面改质钢蜗轮副的传动性能”，李国云，姜宏伟，陈勇，等，兰州理工大学学报，2009,35(5):32-35)。该技术虽然能对齿轮表面的耐磨性进行改善，但是二硫化钼微粒子颗粒过大，喷丸后在齿轮表面有残留，且使用二硫化钼制成的微粒子硬度较低，喷丸强度不够，齿轮的残余压应力和表面硬度提高有限，无法对材料的疲劳强度进行有效改善。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种齿轮表面复合强化的方法，利用强力喷丸和二硫化钼与微粒子混合喷丸处理两种工艺的耦合效应，实现了比单一表面处理工艺更深的齿面压应力幅值，大幅度提高齿面硬度。同时改善齿轮表面的润滑性，降低了齿轮表面的摩擦系数，提高润滑能力及表面光洁度，降低了齿轮啮合的振动噪声。同时大幅提高齿轮的弯曲疲劳寿命和接触疲劳寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种齿轮表面复合强化的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)使用粒径为0.6-1mm的钢丸对齿轮表面进行喷丸处理；

(2)将二硫化钼与粒径为0.05-0.1mm的微粒混合后对步骤(1)喷丸处理后的齿轮继续进行喷丸，获得表面得到复合强化的齿轮。

本发明首先对齿轮进行强力喷丸(钢丸粒径≥0.6mm)，获得了较大的残余压应力以及较深的残余应力层深度，提高了齿根弯曲疲劳寿命与疲劳极限，但是齿面的粗糙度有所增加。然后将二硫化钼与0.05-0.1mm的钢丸混合后对齿轮进行喷丸处理，进一步提高了残余压应力，大幅度提高齿面硬度；超微硬粒子在齿面上形成数量可观的可储存润滑油的凹微坑，同时在齿面表层产生数微米覆盖二硫化钼固体润滑粒子的涂层，有效的改善齿轮表面的润滑性，降低齿轮表面的粗糙度和摩擦系数，进而实现大幅提高齿轮的接触疲劳寿命和抗磨损能力。表面复合强化后齿轮表面的最大残余压缩应力为1250-1400MPa，表面硬度达到760-865HV，同时大幅提高齿轮的抗弯曲疲劳强度和抗齿面接触疲劳强度。

根据本发明，步骤(1)所述钢丸的粒径为0.6-1mm，例如可以是0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

强力喷丸的粒径过小，齿根表面硬化程度较低，残余应力层深度相对较浅，对齿轮弯曲疲劳寿命和疲劳极限提高有限；强力喷丸粒径过大，会导致齿轮表面粗糙度急剧升高，且通过后续喷丸处理难以消除，降低喷丸强化效果。

根据本发明，步骤(1)所述喷丸处理的强度为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，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

根据本发明，步骤(1)所述喷丸处理的时间为85-95s，例如可以是85s、86s、87s、88s、89s、90s、91s、92s、93s、94s或95s，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。