[发明专利]一种齿轮复合表面强化处理的方法

说明书

本发明提供一种齿轮表面复合强化处理的方法，首先对齿轮表面进行两次喷丸处理，第一次喷丸为用直径为0.6‑1.0mm的钢丸在0.3‑0.5MPa的压力下，70‑90m/s的速度下对齿轮进行喷丸处理85‑95s，第二次喷丸为用直径为0.1‑0.2mm的钢丸对齿轮继续喷丸处理10‑20s；然后对齿轮进行前处理；将前处理后的齿轮使用锰系磷化液进行磷化处理，控制锰系磷化液的酸比为5.6‑6.2，在齿轮表面获得磷酸锰转化涂层，获得表面得到复合强化的齿轮。本发明同时显著提高了齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，提高了其使用寿命，并且提高了齿轮的强化处理效率，降低了成本，适用于工业化生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及齿轮加工领域以及表面处理领域，具体涉及一种齿轮复合表面强化处理的方法

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，低碳合金钢齿轮传统的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。

喷丸是广泛使用的一种在再结晶温度以下的表面强化方法，可显著提高抗弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳,具有操作简单、耗能少、效率高、适应面广等优点，而复合喷丸强化技术首先采用高硬度较大丸粒，在高压、高速条件下喷丸，然后再用直径较小的高硬丸粒进行喷丸，在齿轮表面形成复合残余压力，改善表面粗糙度，使齿面附近的残余压缩应力得到显著提高，进而抑制齿轮疲劳裂纹的展开。

CN101530985A公开了一种兼顾表面强化和抛光的复合喷丸处理方法，步骤如下：第一步，对材料进行一次喷丸，使达到饱和喷丸强度；在一次喷丸的基础上，进行二次喷丸，二次喷丸饱和喷丸强度为一次喷丸饱和喷丸强度的0.6倍左右，喷丸设备和所用弹丸与一次喷丸完全相同。该发明在不需要更换喷丸设备和弹丸前提下，增大了表面及近表面区残余压应力，提高表面及近表面区显微硬度，并显著降低零件表面粗糙度，提高喷丸材料表面质量。但是该齿轮表面的韧性有所下降，齿轮的疲劳点蚀、剥落问题恶化。

磷酸锰转化涂层具有多孔结构，能够储存润滑油，在浸油润滑时表现出良好的减摩耐可以有效降低摩擦副表面的摩擦系数，同时具有良好的抗腐蚀性、抗咬合或擦伤性能。通过普通磷酸锰转化涂层处理后，齿轮表面产生数微米的软质层，填平了齿轮表面大部分凹凸切削波纹，降低了齿面的局部最大啮合接触应力和金属表面摩擦系数，改善了齿轮啮合时的油膜状况和润滑状况。

石万凯等采用新型磷化处理工艺在20Cr钢表面制备了超微细磷酸锰转化涂层.浸油润滑条件下，采用MMW-1P型立式万能摩擦磨损试验机评价了转化涂层的摩擦学性能，并用SEM和EDX表征转化涂层表面及磨损表面的形貌和成分，用XRD分析转化涂层的相结构。结果表明，钢表面超微细磷酸锰转化涂层由Mn₃(PO4)₂·3H₂O组成，同时存在少量Mn₃(PO₄)₂·10H₂O和(Fe，Mn)₂(PO₄)(OH)；磷化晶粒的尺寸约为0.2～0.5μm；涂层表面孔隙的储油特性有利于改善其摩擦学性能；浸油润滑条件下，钢表面的超微细磷酸锰转化涂层具有明显的减摩与耐磨效果(参见“超微细磷酸锰转化涂层摩擦磨损性能研究”，石万凯等，摩擦学学报，2009，29(3):267-271)。但是该齿轮的抗弯曲疲劳强度不足。

CN105983842A公开了一种齿轮加工工艺，在齿形加工后进行强力喷丸和磷化处理的步骤。通过强力喷丸来提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；通过磷化处理减小齿面间的摩擦。但是其只是机械的将喷丸和磷化处理相结合，没有对工艺进行选择和优化，取得的效果有限。