一种齿轮复合表面强化处理的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Method for strengthening treatment of gear composite surface

The invention provides a gear surface composite treatment method, firstly, the gear surface two shot peening, the first shot with a diameter of 0.6 1.0mm shot in the 0.3 under the pressure of 0.5MPa, 70 90m/s speed of 85 95s shot peening on gear, second shot to shot peening 10 20s of gear with a diameter of 0.1 0.2mm shot; then the gear before treatment; will the pretreated gear using manganese phosphating solution of phosphating treatment, control of manganese phosphating liquid acid ratio of 5.6 6.2, obtained manganese phosphate conversion coating on gear surface, surface composite strengthen the gear. The present invention also improves the gear contact fatigue strength and bending fatigue strength, improve its service life, and improve the efficiency of gear processing, reduce the cost, and is suitable for industrial production, it has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮复合表面强化处理的方法
本专利技术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
技术介绍
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。该专利技术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。对齿轮进行复合喷丸，其在提高齿轮的抗弯曲疲劳强度和耐磨性的同时，会使齿轮表面的祖糙度和韧性有所下降，齿轮的疲劳点蚀、剥落问题恶化。传统锰系磷化工艺在对齿轮表面生成磷酸锰转化涂层时易出现磷化晶粒粗大的现象，在实际应用中存在很多弊端。现有技术中复合喷丸和磷酸锰转化涂层处理难以有效结合，二者在结合过程中存在着喷丸造成的粗糙表面使涂层均匀度、结合强度难以达到要求以及喷丸强化作用与涂层厚度、均匀度、晶粒度难以匹配等问题。因此，急需一种技术克服复合喷丸和生成磷酸锰转化涂层处理时遇到的问题，并使二者有效的结合，发挥出最大的对齿轮表面进行强化的作用，同时改善齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，提高齿轮的使用寿命。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供一种齿轮复合表面强化处理的方法，将复合喷丸技术以及磷酸锰转化涂层处理技术相结合对齿轮进行表面处理，并对工艺进行了选择和优化，同时显著提高了齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，并使两者相适应，更大限度发挥齿轮的性能，提高了其使用寿命，降低了齿轮的强化处理时间，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。本专利技术提供一种齿轮复合表面强化处理的方法，所述方法包括以下步骤：(1)对齿轮表面进行复合喷丸处理，所述复合喷丸处理为两次喷丸，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；(2)对步骤(1)得到的齿轮进行前处理；(3)对步骤(2)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。本专利技术通过对工艺条件进行优化，使得复合喷丸处理后，齿轮表面获得较高的表面残余压应力，有效的提高了齿轮的弯曲疲劳强度；同时对齿轮的表面粗糙度进行了调整，克服了喷丸造成的粗糙表面使涂层均匀度、结合强度难以达到要求以及喷丸强化作用与涂层厚度、均匀度、晶粒度难以匹配等问题，使之与磷酸锰转化涂层技术完美结合，使复合强化处理后齿轮的硬度为750-850HV，最大残余压缩应力为1250-1400MPa，耐磨性和强度均得到大幅提升，同时在复合喷丸齿轮表面生成晶粒尺寸为0.2-0.5μm的超微细磷酸锰转化涂层，有效降低摩擦副表面的摩擦系数，改善啮合齿面的接触应力，从而实现同时显著提高齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的目的。根据本专利技术，步骤(1)所述第一次喷丸时钢丸的直径为0.6-1.0mm，例如可以是0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm或1.0mm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。当第一次喷丸时钢丸粒径过大时，齿轮表面粗糙度急剧升高，且通过后续喷丸难以消除，大幅降低喷丸强化效果。而当粒径过小时则强化层深度不足，使得齿轮表面残余应力减小。根据本专利技术，步骤(1)所述第一次喷丸时的压力为0.3-0.5MPa，例如可以是0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa或0.5MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，步骤(1)所述第一次喷丸时钢丸的速度为70-90m/s，例如可以是70m/s、75m/s、80m/s、85m/s或90m/s，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。喷丸时的压力和速度统称喷丸强度，喷丸强度直接影响表面残余应力的分布，当第一次喷丸强度过大时会使齿面粗糙度严重恶化，削弱喷丸强化效果，强度过小时则不能达到足够的表面压应力，无法起到强化效果。根据本专利技术，步骤(1)所述第一次喷丸的时间为85-95s，例如可以是85s、86s、87s、88s、89s、90s、91s、92s、93s、94s或95s，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。喷丸时间过长，会使齿轮表面粗糙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿轮表面复合强化处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对齿轮表面进行复合喷丸处理，所述复合喷丸处理为两次喷丸，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；(2)对步骤(1)得到的齿轮进行前处理；(3)对步骤(2)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。

【技术特征摘要】
1.一种齿轮表面复合强化处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对齿轮表面进行复合喷丸处理，所述复合喷丸处理为两次喷丸，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；(2)对步骤(1)得到的齿轮进行前处理；(3)对步骤(2)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。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述第二次喷丸时强度为第一次喷丸时强度的0.3-0.5倍；优选地，步骤(1)所述钢丸的硬度为55-61HRC。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述复合喷丸处理后的齿轮表面的硬度为750-850HV。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述前处理为采用脱脂剂在70-80℃下对齿轮表面处理2-3min，清洗后在温度40-80℃条件下进行表面调整处理1min-2min。5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述脱脂剂为弱碱性脱脂剂；优选地，所述表面调整处理时使用锰系磷化表面调整剂。6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，贾森，臧立彬，李凯，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12