[发明专利]一种超高强度不锈钢齿轮表面复合强化方法

说明书

一种超高强度不锈钢齿轮表面复合强化方法，首先对超高强度不锈钢CF170材料进行粗加工，形成齿坯及齿形外形；然后对齿坯及齿形外形进行固溶时效热处理，使其硬度达到HRC46‑51；进行半精加工；利用磨床进行磨削精加工，得到齿轮外形，同时通过磨削使表层材料发生形变强化；然后利用激光喷丸设备产生激光束冲击齿轮表面，采用水流约束、铝箔吸收的方式进行激光喷丸，形成梯度分布的硬化层和残余压应力层，残余压应力最大值出现在表面；最后进行超声滚光，使其表面残余压应力分布均匀，消除加工纹理，改善被处理表面的粗糙度，齿轮表面光洁。本发明能够实现超高强度不锈钢齿轮材料高质量表面强化处理，满足航天器精密齿轮高可靠性要求。

技术领域

本发明属于航空航天精密加工领域，涉及一种超高强度不锈钢齿轮表面复合强化方法。

背景技术

精密驱动传动机构作为航天器实现空间运动的基础部件，其高可靠性能对航天器寿命具有重要意义。在驱动传动机构精密齿轮啮合传动过程中，齿轮表面往往需要接触并承受很大的载荷，因此对齿轮的抗疲劳性能及表面质量具有较高的要求。表面强化是提高齿轮零件抗疲劳能力的有效手段，主要通过细化表层组织及改善残余压应力的分布形成高硬、高强的硬化层获得。当前表面强化技术主要包括表面形变强化、热处理强化、化学热处理强化与涂覆强化四种类型。其中表面形变强化是是一种应用最为广泛的强化处理方式，利用外力作用使材料表层产生塑形变形和加工硬化。其它强化类型相比，能够避免因强化过程中因高温导致的零件变形，且能显著提高产品抗疲劳能力。

当前航天器精密驱动传动机构中，高精度齿轮选用的是一种超高强度马氏体时效强化不锈钢CF170材料，其由于优良的力学性能在航天产品中具有广泛的应用前景。但该材料由于具有较高的硬度，加工过程中应力较大导致变形问题较为突出。目前CF170齿轮在完成机械加工后利用表面化学热处理强化来进行强化处理，但强化过程中的高温进一步加剧了齿轮零件的变形，且易出现裂纹，导致齿轮机械加工后的精度降低，产品合格率低。同时CF170材料含有较高的Cr、Ni、Mo和Ti等合金元素，利用渗氮处理进行表面强化时，由于Ni元素对氮原子的渗入具有抑制作用，因而影响渗氮强化处理效果。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超高强度不锈钢齿轮表面复合强化方法。

本发明解决技术的方案是：

一种超高强度不锈钢齿轮表面复合强化方法，该方法的步骤包括：

步骤一，对超高强度不锈钢CF170材料进行粗加工，形成齿坯及齿形外形；

步骤二，对步骤一得到的齿坯及齿形外形进行固溶时效热处理，使其硬度达到HRC46-51；

步骤三，对齿坯及齿形外形利用线切割设备进行半精加工；

步骤四、利用磨床对步骤三处理后的齿坯及齿形外形进行磨削精加工，得到齿轮外形，同时通过磨削使表层材料发生形变强化，表面粗糙度Ra0.8-1.6μm，在齿轮表面形成明显的波峰波谷；磨削精加工时，进给速度1000-2000mm/min，磨削深度0.1-0.5mm；磨削砂轮选用铸铁基结合剂的砂轮，磨粒粒度60目，磨粒负前角为60-70度；

步骤五、利用激光喷丸设备产生的高能短脉冲激光束冲击齿轮表面，采用水流约束、铝箔吸收的方式进行激光喷丸，形成梯度分布的硬化层和残余压应力层，残余压应力最大值出现在表面；

步骤六、对激光喷丸后的齿轮表面进行超声滚光，使其表面残余压应力分布均匀，消除加工纹理，改善被处理表面的粗糙度，使齿轮表面光洁度达到Ra0.4。

所述步骤四中，磨削精加工时，磨粒尖部修整为圆弧，使其不具备锋利的切削能力，同时避免加工过程中由于旧磨粒脱落产生新的锋利磨粒。

所述步骤六中，超声滚光时，选用直径1.5mm～3mm的硬质合金或蓝宝石滚压头。