齿轮材料喷丸电子束复合工艺组织与性能

摘要

齿轮作为现代机器的基本零部件，应用广泛。我国制造业发展迅速，但是产量大、质量低劣引起的产品过剩是当前齿轮行业比较突出的问题。随着表面工程技术不断创新，利用新型表面改性技术配合传统的表面强化手段，成为了提高材料表面综合力学性能的发展趋势。　　本文源自国家自然科学基金资助项目“基于电子束的齿轮表面改性技术及性能研究”（项目编号：51275548）的一部分，研究强流脉冲电子束（HCPEB）与喷丸相结合处理常用齿轮材料，为强流脉冲电子束与喷丸表面强化技术相复合提高齿轮表面综合力学性能提供实验依据。　　本文以齿轮钢40Cr（调质）和20CrMo（渗碳淬火低温回火）为研究对象，首先采用不同的强流脉冲电子束工艺参数对其进行处理，通过表面形貌、粗糙度和表面硬度的观察与分析，研究结果表明：40Cr和20CrMo表面经电子束辐照后会产生熔坑，并随着电子束加速电压、脉冲次数的上升，熔坑数量减小，尺寸变大，粗糙度降低；40Cr在经过参数为30KV25次电子束处理后表面硬度达到529.1HV0.03最佳，相对于基体上升了72.58％；20CrMo在经过参数为24KV35次电子束处理后表面硬度达到838HV0.03最优，对比与基体上升了19.44％。　　在以上的研究基础上，开展了强流脉冲电子束技术与喷丸强化的复合处理，通过对不同工艺复合处理后的40Cr和20CrMo组织观察、物相分析、截面硬度梯度分析和残余应力检测，与单一处理方式对比，研究结果表明：电子束处理能够改善喷丸后表面的不平整性，表层会产生“自淬火”和重熔强化；电子束后再喷丸产生的重熔强化最明显，经过30KV25次电子束处理后再喷丸，40Cr和20CrMo表面的熔凝层最厚，分别为5.52μm、9.49μm；电子束处理40Cr和20CrMo后表面均为残余拉应力，40Cr经24KV25次电子束处理，拉应力最高可达到572MPa。再经喷丸强化可以使材料的表面形成理想的压应力层；电子束处理40Cr和20CrMo后，其截面硬度值随着层深先减小后增大，最终趋于稳定，分别在40μm和70μm处出现“谷点”，其硬度值低于基体硬度，喷丸可以使硬度层超过100μm以上，先电子束再喷丸复合表面处理，可以使内部应力均匀，避免“谷点”出现。　　最后对经电子束、喷丸、电子束与喷丸复合处理的40Cr和20CrMo进行摩擦磨损、耐腐蚀性能研究。研究结果表明：电子束再喷丸强化的40Cr和20CrMo的平均摩擦系数分别为0.34、0.19，磨损体积量分别为12.39×10-3、5.55×10-3mm3，划痕宽度分别为609、578μm，其值均为最小，自腐蚀电位最高，自腐蚀电流密度低，表明齿轮材料经过电子束喷丸复合强化处理后可以提高摩擦磨损和耐腐蚀性能。

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1 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 高能束表面处理研究进展

1.3 喷丸处理

1.4 本文的研究内容

2 实验材料、设备与实验测试方法

2.1 实验材料

2.2 实验制备设备

2.3 实验检测设备

3 40Cr经喷丸与电子束复合工艺处理后组织与性能

3.1 强流脉冲电子束辐照40Cr的工艺参数

3.2 实验结果及分析

3.3 本章小结

4 20CrMo喷丸与电子束复合工艺处理后组织与性能

4.1 强流脉冲电子束辐照20CrMo的工艺参数

4.2 实验结果及分析

4.3 20CrMo不同工艺处理后组织与硬度分析研究

4.4 本章小结

5 齿轮材料不同工艺处理后的性能研究

5.1 40Cr经不同工艺处理后性能研究

5.2 20CrMo经不同工艺处理后性能研究

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果