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影响渗碳淬火齿轮残余应力的因素有哪些?

时间:2013-11-07 11:27来源:洛阳科诺工业 作者:admin 点击:
      渗碳工艺的重要特点之一是由于渗层与心部所含碳量差别而在淬火时产生心表马氏体转变的倒逆顺序,最终在表面形成压应力,心部形成拉应力。然而,表面压应力的形成还受到一些因素的影响。
      1、齿轮尺寸和冷却条件对残余应力的影响
齿轮渗碳后淬火由于尺寸和冷却的原因及表面有可能形成拉应力的现象。A代表小齿轮的心部冷却情况,因为齿轮甚薄,故心部和表面冷速(5)相近,当心部冷却到一750下时达到Ms点,便首先转变成马氏体,随之表层温度达到-350下(表层Ms点)才开始马氏体转变,最终便在齿轮表面形成残余压应力;C表示大中型渗碳齿轮在缓慢循环油中冷却的情况,在这种冷却条件下虽然表层首先转变成马氏体,但由于心部冷却很慢,不能转变成马氏体(或很少一部分转变成马氏体),因而心部仅有很微小的体积膨胀,于是在表面仍然能够形成压应力;B代表中型齿轮在强烈循环油中冷却的情况,在冷却过程中齿轮表层首先转变成马氏体,但心部的冷却速度也足以发生马氏体转变,因而心部的随后膨胀将使齿轮表面形成残余拉应力。因此,对于渗碳淬火齿轮,有时心部马氏体转变也会落后于表面马氏体转变,而在表面形成拉应力,这就是为什么渗碳齿轮淬火有时也会产生开裂的原因。为此,采用热油分级淬火可以有效控制残余应力的性质,是较好的冷却方法。
      2、齿轮心部硬度对表面残余应力的影响
      渗碳齿轮的心部硬度常常是不确定的,不同的心部硬度使表面残余应力的状态也不相同。不同含碳量的CrMnTi钢渗碳淬火得到不同心部硬度的试验结果。随着心部硬度(含碳量)的提高,表面残余压应力相应下降。由此可见,从表面形成有利残余压应力的角度出发心部硬度(含碳量)不宜过高。
      3、残留奥氏体对残余应力的影响
      渗碳齿轮淬火后一般情况下最大残余压应力是在表面,但是由于残留奥氏体的存在会改变其分布状态,sAE8620渗碳和SAEllls碳氮共渗试样淬火后残留奥氏体含量与残余应力分布的关系。由于表层含有大量的残留奥氏体,使得最大残余压应力移至表面以下一定距离,而表面趋近于拉应力,失去了有利的残余应力效果,特别对弯曲疲劳强度更为不利。
      4、残余应力对齿轮强度的影响
      (1)残余应力对齿轮弯曲疲劳强度的影响残余应力通过改变载荷应力的幅值来起作用,表面残余压应力可降
低载荷应力;相反,表面残余拉应力则将增加载荷应力。由于脱碳产生,表面残余应力由原来的一40MPa压应力改变为0一250MPa的拉应力,最大幅值到650MPa,这会大大降低齿轮的弯曲疲劳强度。
      (2)残余应力对接触疲劳强度的影响在不考虑残余应力的时候,剪切强度曲线A和剪切应力曲线B沿截面。渗碳淬火后在表面形成较高的残余压应力,同时在层下过渡区存在与之平衡的拉应力(见曲线D),经合成后的载荷应力曲线为C。从应力曲线C与强度曲线A便不难看到,原本安全的过渡区变得不安全了,因为此处载荷应力与残余拉应力迭加后的剪切应力/剪切强度之比成为最大,可能已超过安全极限。