喷丸强化对20CrMnTi渗碳齿轮组织和性能影响.pdf

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1、试验研究Test＆Research喷丸强化对200rMnTi渗碳齿轮组织和小13止-一影响马安博(西安航空职业技术学院，陕西西安710089)摘要：采用强力喷丸工艺对20CrMnTi钢渗碳齿轮试样进行了表面强化处理。利用硬度仪、X射线应力分析仪、表面粗糙度仪、X射线衍射仪和扫描电镜，分别测试分析了试样处理前后的显微硬度、残余应力、表面粗糙度、残余奥氏体含量、接触疲劳强度和疲劳断口形貌。结果表明：喷丸强化可显著提高试样表面的残余压应力，残余奥氏体量减少，表层显微硬度增加，表面粗糙度有不同程度增大，接触疲劳强度

2、明显提高。关键词：喷丸强化；残余应力；表面粗糙度中图分类号：TGl56．5；文献标识码：A；文章编号：l006—9658(2017)02—0032—04DOI：10．3969／j．issn．1006—9658．2017．02．011齿轮是机械中广泛采用的传动零件之一。在T作时，齿轮的齿面受周期性弯曲应力和接触压应力的作用。例如，汽车上的变速箱齿轮，在启动、换挡及振动时，齿根会受到突然的冲击力；齿面相互滚动、滑动，存在着较大的摩擦力。在多种应力作用下，齿轮的失效形式主要表现为齿的折断、齿面剥落和疲劳磨损等。由

3、于其在服役过程承受着巨大的交变应力，加之用户超载运行等因素，导致齿轮疲劳寿命低而频繁短期失效。为了提高齿轮的疲劳强度和可靠性，国内外许多汽车厂家均采用渗碳和强力喷丸复合强化T艺[1-21。本文通过理论推导和实际测试相结合的研究方法，系统地就喷丸强化对渗碳齿轮组织和性能的影响进行研究，试验结果可为这一复合强化1：艺技术更好地应用于工业生产提供了理论依据与试验支撑，因此具有重要的研究意义和一定的T程应用价值。l实验材料和方法1．1实验材料实验采用某汽车变速箱一档从动齿轮，材料为收稿口期：2016—10—20稿件

4、编号：1610一1553作荇简介：·5安博(1986一)，刃，讲师，研究力‘向：金属材料热处理‘j表而处婵20CrMnTi钢，化学成分见表l。将材料DI]T．成西20mm×40mm的试样，经930oC±5℃气体渗碳10h，然后直接830℃油淬，180c

5、C回火2h。表120CrMn‘ri钢的化学成分w／％成分CMnPSSiCrTi含量0．17-0．230．8～1．1≤0．035≤0．030．17—0．371．0～1．30．()4～0．101．2喷丸T艺在机械离心式喷丸机LX,f渗碳齿轮进行喷丸强化处理。表2

6、为20CrMnTi渗碳齿轮的喷丸T艺规范。表2齿轮喷丸丁艺规范弹丸直弹丸硬弧高度喷丸时覆盖率丸粒流量丸粒速度参数径西／ram度／HRCf*／ram间／min／％／(kg／min)／(ndmin)0．36、数值0．5～1．05742()()l()()650．53+以为喷丸标准试片经喷九后的试片喷丸弧高度1．3性能表征采用L．XRD型x射线应力分析仪测定沿层深分布残余应力；残余奥氏体沿层深分布在XRD．7000X射线衍射仪上进行测定；显微硬度在HVS．1000显微硬度仪卜测量，载荷砝码50g；表面粗糙度测量采用

7、TR200表面粗糙度仪；接触疲劳强度在JP一52接触疲劳试验机上测定；在JSM．6700F型场发射扫描电镜卜观察疲劳断口形貌。32oFMT中国铸造装备与技术2／2017Test＆Research试验研究2结果与分析2．1表面硬化区图1为喷丸前后渗碳齿轮试样表面变化。观察发现，在喷丸过程中，当微小球形弹丸高速冲击零件表面后，撞击处因塑性变形在渗碳层表面留下直径小于弹丸直径的半球形凹坑，同时撞击导致凹坑附近的渗碳层材料发生径向延伸。喷丸一方面使渗碳齿轮表面发生弹性变形，同时也产生了大量孪晶和位错，在表面形成形变

8、硬化层。SHOTPEENINESHOTPEENINE·l●l}'——-—，’—■，卜·‘．。“一i·+?：J匿!!』鉴墨塞釜盟：。二：竺三璺二!：璺(a)未喷丸(h)喷丸图l喷丸前后试样的表面变化喷丸过程就是高速的物理运动过程。对于齿轮渗碳层表面每一点来说，因反复承受大量弹丸的Hertz弹性压应力而发生交替应变，形成表面硬化层p】。尽管弹丸直径很小，但其能量很大。根据Hertz假设，接触区域的压力分布呈半球形，表面每一点所承受的等效压力F约为450N。由Hertz应力分布规律可知，引起零件交替应变而产生细化

9、效应的是切应力丁。，，而-r。；沿零件表面层的分布是非线性的，其最大值切应力丁。。。作用处z在次表层【4】：Z=0．786a(1)删川潭㈤式中，a为弹丸在零件表面的接触半径，mm；，为零件所承受的法向压力，在此取等效压力，等效压力F=450N；R为铸钢丸半径，本试验R=0．6mlTl：E为铸钢丸弹性模量，E=202GPa。代人(2)式有：a=0．11mm。将a代人(1)式有：乒o．09mm。由以上分析可知，在本试