重载机车牵引齿轮表面喷丸强化及其表征研究
Study of the Shot Peening Treatment and Its Characteristics on the Suface of Heavy Duty Locomotive Traction Gear
喷丸强化是一种工业上广泛应用的材料表面处理方法,能够显著提高零件抗疲劳和抗腐蚀能力,具有适用面广、实施方便、强化效果显著、耗能低等优点.本文采用五种不同喷丸工艺,对四种材料(18CrNiMo7-6、20CrMnMo、20CrNi2Mo、42CrMo)重载机车牵引齿轮进行了喷丸强试验,利用X射线衍射仪、显微硬度计,结合电化学剥层技术研究了五种不同喷丸强度对四种齿面在喷丸强化后表层残余应力值、X衍射半高宽、残余奥氏体含量、显微硬度沿层深分布的影响.喷丸工艺试验表明:四种材料五种喷丸工艺,残余压应力均出现沿层深先增大到最大值,然后逐渐降低的规律.随着喷丸强度增大,四种材料的表面残余压应力值、最大残余压应力值均随之增大.通过测量不同喷丸强化工艺下,四种不同材料X衍射半高宽沿层深分布,发现表面衍射半高宽均出现明显宽化.喷丸强度越大,宽化幅度越大.同时对于同一喷丸强度,随着层深增加,半高宽逐渐降低,最后恢复到与基体一致.通过喷丸强化处理之后,五种不同喷丸工艺均能使表层残余奥氏体含量低于1%.对于同一种材料在同一喷丸条件下,奥氏体含量沿层深逐渐增加,最后基本与基体持平.同时,随喷丸强度增大,残余奥氏体转变为马氏体量增多,影响区也相应变深.通过喷丸处理之后,表面硬度均能提高20%以上.对于同一种材料在同一喷丸条件下,显微硬度值由表面最大值逐渐降至与基体相同.同时,随着喷丸强度增大,显微硬度值也随之变大.本文得到以下结论:在齿轮材料一定的情况下,喷丸后的残余压应力分布、衍射半高宽分布、残余奥氏体分布以及显微硬度分布均随喷丸强度的增大而得到较大幅度改善,在不出现材料过喷情况的前提下,在喷丸机气压允许的范围内,喷丸强度越大越好.对于渗碳淬火齿轮以及感应齿轮,由于齿面硬度差异所带来的喷丸后材料性能的差异十分明显.感应齿轮喷丸后的残余压应力、衍射半高宽、残余奥氏体以及显微硬度的提高幅度均比齿面硬度较高的渗碳齿轮低.可以认为,表面硬度对喷丸后轮齿性能的改善影响非常大,对于材料不同但热处理方式以及表面硬度一致的齿轮可采用相同的工艺喷丸.
- 作者：
- 戴如勇
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 机械工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 于忠奇；刘忠伟
- 中图分类号：
- TG668
- 关键词：
- 重载机车齿轮；喷丸强化；残余应力；X射线衍射半高宽；残余奥氏体；显微硬度
- Heavy-duty locomotive gear；Shot peening；Residual stress；X-ray FWHM；Residual austensite；Micro hardness