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渗氮齿轮研究与应用成果

时间:2019-03-19? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击:
        常规普通渗氮齿轮表层硬度低于800HV,渗层薄,小于0.4mm,心部硬度低,致使其弯曲疲劳强度和接触疲劳强度均比渗碳齿轮低。所以,在渗氮齿轮工业应用中经常出现失败的案例,也常有不稳定的质量报道。
        渗氮齿轮作为提高齿轮性能和部分替代渗碳齿轮早已引起世界范围工业界的关注。英国自20世纪60年代便开始大胆在海军驱逐舰上应用渗氮技术,随后扩大到工业齿轮,美国随着Floe双层渗氮工艺的开发,渗氮齿轮的应用随之扩大,著名的费城齿轮企业有43%的高参数齿轮采用渗氮;德国以Clockner离子企业为代表,将离子渗氮应用于汽车齿轮、机床齿轮、蜗杆及轧机齿轮。总之,20世纪80年代以来,世界各国进行了大量研究和生产应用,英国高速蒸汽涡轮发电机和压缩机渗氮齿轮已成功运行几十年,美国、德国、瑞士、瑞典、日本、前苏联和我国都在应用渗氮齿轮。
        德国在80年代初领先开展了离子渗氮提高齿轮性能和深层渗氮研究,采用31CrMoV9钢和14CrMoV69钢制造渗氮齿轮,齿轮表面具有800~900HV较高硬度,深层渗氮和较高心部硬度(33~36HRC)可获得很高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,大大提高齿轮承载能力,与渗碳齿轮相当。
        25Cr2MoV钢调质硬度(310~350HBW)基体和渗氮层深0.7mm渗氮齿轮与20Cr2Ni4钢渗碳1.2~1.3mm的渗碳齿轮,进行了对比试验。试验表明25Cr2MoV钢渗氮齿轮弯曲疲劳强度、接触疲劳强度和抗咬合性能都优于20Cr2Ni4钢渗碳齿轮。
        上述渗氮齿轮的研究和应用成果,肯定了优于渗碳齿轮的特性,也指出渗氮齿轮一直沿用常规调质钢,齿轮心部硬度过低,致使其弯曲疲劳强度和接触疲劳强度降低,研制高心部强度的渗氮钢成为提高渗氮齿轮性能的关键。
        渗氮齿轮的接触疲劳强度是人们关注的焦点。因为齿轮受接触负荷产生的最大赫兹应力是在表面以下一定深度,这就严峻的考验着较浅渗氮层的承载能力,当齿轮模数较大时,其齿廓曲率半径也增大,相应赫兹应力的深度也增加,当渗氮深度与赫兹最大剪切应力深度之比小于某一值时,便会产生疲劳点蚀或剥落。渗氮层深0.3~0.4mm,对小模数齿轮(M=1~2),具有足够的接触疲劳强度,能达到渗碳齿轮水平,随着齿轮模数提高到M3,要保持高的接触疲劳强度,一般钢心部硬度低,必须把渗氮层深提高到0.55~0.60mm以上,而采用时效硬化钢,渗氮层深为0.7~1.0mm,心部硬度为400~450HV,其接触疲劳强度大大超过普通渗碳钢,可达到2000MPa以上。
        目前建立在普通调质钢基础上,渗氮齿轮应用的范围大致为:齿轮模数2~10mm;载荷系数K≤30kN/m2;圆周线速度V≤120m/s;不磨齿渗氮齿轮加工精度7~6级;齿形不限,非渐开线齿形更适用。大家研制成功的新型时效硬化钢和深层离子渗氮工艺,将使上述应用范围更加扩大。

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