新型高合金齿轮渗碳钢17Cr2Ni2Mo热处理工艺特性研究

论文摘要

随着齿轮传动的发展及其应用领域的拓展,对齿轮材料的性能及其热处理工艺技术提出了更高的要求。17Cr2Ni2Mo是近年来新引进钢种,具有优良的综合力学性能和较高的性价比。随着制造业的全球化,国内的使用量日益增多,但基本的热处理工艺数据尚不全或缺乏,影响工艺控制和质量稳定性。为此,本文结合实际生产需求,对17Cr2Ni2Mo的相关渗碳淬火热处理的几个重要材料和工艺特性(淬透性、参考含碳量、心部硬度的变化和畸变特性等)进行了较为系统深入的研究。1.利用端淬试验和剥层试验相结合的方法研究了17Cr2Ni2Mo的最佳渗层淬透性的表面含碳量,并与常用齿轮材料20CrNi2Mo和20CrMnMo进行了对比分析,分别绘制出了三种高合金钢的等硬度曲线。试验结果表明,随着表面含碳量的提高,渗层的淬透性是提高的,但三种渗碳钢都存在最佳渗层淬透性对应的表面含碳量,17Cr2Ni2Mo的最佳渗层淬透性对应的含碳量范围在0.75%至0.85%之间。20CrNi2Mo和20CrMnMo最佳淬透性对应的表面含碳量分别在0.80%到0.85%之间和0.80%到0.90%之间。2.利用已绘出的渗层淬透性曲线对17Cr2Ni2Mo的参考含碳量进行了研究,探讨了参考含碳量的影响因素,获得了17Cr2Ni2Mo的参考含碳量曲线。结果表明,渗碳齿轮淬火后从表面到有效硬化层深度界限硬度550 HV相对应的含碳量(参考含碳量)不是一个固定值,随着工件尺寸大小的变化而变化。3.利用齿形试样研究了17Cr2Ni2Mo不同模数、不同齿根下截面厚度的心部硬度,获得了其对应关系,并对20CrNi2Mo、20CrMnMo和20Cr2Ni4等合金齿轮材料的心部硬度进行了预测。结果表明：零件的心部硬度随模数和齿根下截面厚度的增加而有规律的降低,对齿轮设计选材和评估齿轮的弯曲疲劳强度具有指导作用。4.采用仿齿形试样对17Cr2Ni2Mo热处理淬火畸变特性进行了试验,分别经冷油静止、冷油搅拌、热油静止、热油搅拌四种淬火方式进行畸变测量对比。结果表明,进行热油搅拌淬火畸变数据比较集中,冷却均匀性较好,对减小齿向畸变有利。通过上述研究,分析认为,通过合理控制渗碳淬火参数,能够得到合理的表面碳浓度,可以使齿轮得到最佳的淬透性。同时考虑不同因素对参考含碳量的影响,能够大大提高渗碳效率和节约渗碳成本。此外,采用热油搅拌淬火可有效减小齿轮的变形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 渗碳机理及常见热处理问题
• 1.2.1 渗碳机理
• 1.2.2 常见的热处理问题
• 1.3 国内外常用的齿轮渗碳钢
• 1.4 国内常用高合金齿轮渗碳钢的用途分类
• 1.5 渗碳淬火工艺现状及齿轮热处理特性
• 1.5.1 渗碳淬火工艺现状
• 1.5.2 齿轮的热处理特性
• 1.5.2.1 齿轮心部硬度
• 1.5.2.2 表面含碳量
• 1.5.2.3 参考含碳量
• 1.5.2.4 渗碳齿轮畸变特性
• 1.6 本文研究的目的、主要内容及技术路线
• 1.6.1 本文研究的目的
• 1.6.2 本文研究的主要内容
• 1.6.3 本文研究的技术路线
• 第二章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料与试验方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试样规格与测试方法
• 2.1.2.1 端淬及剥层试样
• 2.1.2.2 齿形试样
• 2.1.2.3 随炉试样
• 2.1.2.4 仿齿形畸变试样
• 2.2 试样的热处理
• 2.2.1 淬透性、心部硬度、畸变试样的热处理
• 2.2.2 随炉试样的热处理
• 第三章 17Cr2Ni2Mo齿轮渗碳钢渗层含碳量分析
• 3.1 最佳淬透性的表面含碳量分析
• 3.2 17Cr2iNZMO齿轮渗碳钢参考含碳量分析
• 3.2.1 工件不同直径对17Cr2iNZMO参考含碳量的影响
• 3.2.2 冷速对参考含碳量的影响
• 3.3 碳势控制工艺对表面含碳量及显微组织的影响
• 3.3.1 表面含碳量分析
• 3.3.2 显微组织和硬度分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 17Cr2Ni2Mo齿轮尺寸与心部硬度关系
• 4.1 模数和齿根下截面厚度对心部硬度的影响
• 4.2 评估齿轮的心部硬度
• 4.3 本章小结
• 第五章 淬火方式对齿轮畸变性能的影响分析
• 5.1 不同冷却方式对硬度分布曲线的影响
• 5.2 淬火方式对试样畸变的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读硕士期间发表的论文