變速箱齒輪輪齒失效分析及激光改性處理的研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車變速箱也隨之受到了消費(fèi)者和生產(chǎn)廠商的廣泛關(guān)注。而齒輪作為變速箱的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其表面頻繁發(fā)生的點(diǎn)蝕和剝落導(dǎo)致的疲勞失效，逐漸引起了生產(chǎn)廠商的擔(dān)憂。本課題源自于青山變速箱生產(chǎn)公司和重慶大學(xué)汽車協(xié)同創(chuàng)新中心，針對青山公司提供的典型變速箱失效齒輪展開失效成因分析，并在此基礎(chǔ)上尋求改善變速箱齒輪表面性能的有效方法。即通過激光焊機(jī)和激光多金屬燒結(jié)設(shè)備，對20CrMnTi和20MnCr5當(dāng)下兩種應(yīng)用最為廣泛的齒輪鋼進(jìn)行激光表

2、面改性的試驗(yàn)研究。
　　本文對齒輪鋼激光單道淬火的試驗(yàn)和齒輪鋼激光多道搭接全面淬火的試驗(yàn)以及齒輪鋼表面激光多道搭接熔覆18Ni300鐵基粉末進(jìn)行試驗(yàn)研究，利用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、顯微硬度計(jì)、銷盤磨損儀、電化學(xué)工作站等實(shí)驗(yàn)設(shè)備從材料的微觀組織、力學(xué)性能、耐磨性、耐蝕性等方面對激光表面改性后的試樣進(jìn)行綜合測試和評價分析，探明工藝參數(shù)對齒輪鋼表面激光改性的影響規(guī)律，并獲得齒輪表面激光改性的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明，變速箱失效齒輪材料2

3、0CrMnTi齒輪鋼的具體失效形式為由破壞性的點(diǎn)蝕和剝落導(dǎo)致的疲勞失效。這是因?yàn)樵邶X輪表面及亞表面滲碳層中有大量的球狀和鏈狀夾雜物，從而在齒輪服役過程中，導(dǎo)致齒端尾部齒廓線附近應(yīng)力集中，使得夾雜物與鋼基體分離，成為顯微裂紋的萌發(fā)點(diǎn)，進(jìn)一步發(fā)展成為點(diǎn)蝕和剝落，并最終導(dǎo)致齒輪疲勞失效。該過程通過數(shù)值模擬得到了驗(yàn)證。在20CrMnTi和20MnCr5兩種齒輪鋼激光表面改性處理的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過激光單道淬火、激光多道搭接全面淬火、激光熔覆18N

4、i300鐵基粉末后，20CrMnTi和20MnCr5兩種齒輪鋼的力學(xué)性能、耐磨性、耐蝕性都得到了顯著的提升。其中20CrMnTi齒輪鋼激光多道搭接淬火試樣中的10號（光斑大小為100μm，掃描間隔為80μm，激光功率為75W，掃描速度為350 mm/s）試樣淬火效果最佳，其表面硬度值可達(dá)740 HV，超出原始試樣546.3HV，超出滲碳淬火試樣86.6HV，其淬火層厚度約為50μm，并且耐磨性和耐蝕性優(yōu)于滲碳淬火和激光單道淬火試樣。20