【正文】 （ b） 調(diào)質(zhì) 處理后的試樣 圖 原始試樣及調(diào)質(zhì) 后試樣的金相組織 從鐵碳合金相圖來(lái)看： 40Cr 鋼屬于亞共析鋼，緩冷到室溫后的組織為鐵素體 +珠光體；從鋼的分類(lèi) 來(lái)看： 40Cr 鋼屬于低淬透性調(diào)質(zhì) 鋼，具有很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性能 。 磨損試驗(yàn)原理見(jiàn)圖 2。和 αFe 相組成。表征紙的表面硬度。在條件相同的 情況下，涂層耐磨性?xún)?yōu)于金屬材料，因其有黏彈性效應(yīng)，可把能量緩沖、吸收和釋放掉。 18 耐磨性幾乎和材料所有性能都有關(guān)系，而且在不同磨耗機(jī)理?xiàng)l件下，為提高耐磨性對(duì)材料性能亦有不同要求。 材料的耐磨損性能，用磨耗量或耐磨指數(shù)表示。研究磨損應(yīng)該分析 摩擦系統(tǒng)中各要素與磨損有關(guān)的性質(zhì)。 顯微硬度計(jì)主要用于測(cè)量微小、薄型試件、脆硬件的測(cè)試，通過(guò)選用各種附件或者升級(jí)各種結(jié)構(gòu)可廣泛的用于各種金屬（黑色金屬、有色金屬、鑄件、合金材料等）、金屬組織、金屬表面加工層、電鍍層、硬化層（氧化、各種滲層、涂鍍層）、熱處理試件、碳化試件、淬火試件、相夾雜點(diǎn)的微小部分，玻璃、瑪瑙、人造寶石、陶瓷等脆硬非金屬材料的測(cè) 試，在細(xì)微部分進(jìn)行精密定位的多點(diǎn)測(cè)量，壓痕的深層測(cè)試與分析，滲鍍層測(cè)試與分析，硬度梯度的測(cè)試，金相組織結(jié)構(gòu)的觀察與研究，涂鍍層厚度的測(cè)量與分析等。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法主要用于大型的，不可移動(dòng)工件的硬度檢測(cè) 。其 中布、洛、維三種試驗(yàn)方法是應(yīng)用最廣的，它們是金屬硬度檢測(cè)的主要試驗(yàn)方法。由于通過(guò)硬度試驗(yàn)可以反映金屬材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝條件下性能的差異，因此硬度試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于金屬性能的檢驗(yàn)、監(jiān)督熱處理工藝質(zhì)量和新材料的研制。硬度檢測(cè)的主要目的就是測(cè)定材料的適用性，或材料為使用目的所進(jìn)行的特殊硬化或軟化處理的效果。當(dāng)然峰強(qiáng)的大小也能看出物質(zhì)的含量多少，大致上，峰越強(qiáng)，物質(zhì)含量越多。物 相定性分析是通過(guò)將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 d 值和 I 值與已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的數(shù)據(jù)相比較。相同元素組成的化合物，其元素聚集態(tài)不同，則屬于不同的物相。 X 射線是人們首次發(fā)現(xiàn)的一種短波長(zhǎng)電磁波，具有很強(qiáng)的穿透性， 而且 波長(zhǎng)介于 0. 001 ～ 10 nm 之間，與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元尺寸在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，這決定了 X 射線技術(shù)能夠成為物質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要分析手段之一。 目前， X 射線粉末衍射技術(shù)（ XRD）已發(fā)展成為最重要的材料分析測(cè)試技術(shù)之一，它具有操作簡(jiǎn)便、迅速、信息全面、樣品用量少、對(duì)樣品無(wú)損害、無(wú)污染、衍射強(qiáng)度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。 原始試樣及滲氮層的組織形貌及成分分析 滲氮層的宏觀形貌和顯微組織是滲氮層組織的重要性能之一，也是影響材料性能的最重要的因素。 15 顯微硬度計(jì) HXS1000Z 顯微硬度計(jì)是測(cè)定金屬、合金表面層及金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的顯微 硬度，測(cè)定用其他方法所不能及的小件、薄件、脆硬件以及相夾雜、鍍層等的硬度 [25]。 齒輪材料表征所用儀器 金相試樣拋光 機(jī) 金相試樣的制備是通過(guò)切割機(jī)、鑲嵌機(jī)、磨 /拋光機(jī)來(lái)完成的，金相試樣的最終質(zhì)量是由拋光工序決定的，拋光是金相制樣過(guò)程中至關(guān)重要的一環(huán)。零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度，抗蝕能力及抗燒傷性等。 離子滲氮屬于等離子熱處理的范疇，也是滲氮化學(xué)熱處理中的一種。在等離子區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用下，氮和氫的正離子 高速 向工件表面轟擊。當(dāng)強(qiáng)度較高時(shí)，采用較低的回火溫度，反之選用較高的回火溫度。 齒輪材料的選擇 基體材料 為 40Cr，氮 源為氨 氣 齒輪材料的制備過(guò)程 預(yù)先熱處理 調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)熱加工后，必須經(jīng)過(guò) 預(yù)備熱處理來(lái)降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時(shí)造成的組織缺陷，細(xì)化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。過(guò)去我國(guó)機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)上相對(duì)落后 ， 普遍缺乏自主創(chuàng)新能力及關(guān)鍵、核心技術(shù)12 支撐 ， 其產(chǎn)品主要以生產(chǎn)低端產(chǎn)品為主 ， 缺乏競(jìng)爭(zhēng)力 ， 在數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性、耐用性上同國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品相比存在明顯差距。 氮化周期長(zhǎng)，一般幾十甚至上百小時(shí)、成本高、氮化層較薄，一般 、且脆性較高，使氮化件不能承受太高的接觸應(yīng)力和沖擊載荷。 滲氮： 將氮滲入鋼件表面的熱處理工藝稱(chēng)為鋼的氮化或滲氮。針狀或魚(yú)骨狀氮化物增加滲層脆性。對(duì)抗蝕氮化的工件可再進(jìn)行一次氮化。對(duì)于尺寸要求不高的零件可以進(jìn)行熱校，但校直后必須進(jìn)行消除應(yīng)力處理。產(chǎn)生的原因是爐內(nèi)溫度不均勻或爐內(nèi)進(jìn)氣管道上部分進(jìn)氣孔堵塞，造成氣流分布不均勻；零件表面有銹斑、油污；裝爐量太大，零件 彼此間距太?。唤壴F絲上的鋅或鍍錫層（防止?jié)B氮）流淌到氮化面上， 補(bǔ)救辦法是重新 進(jìn)行氮化。針對(duì)以上原因可采取相應(yīng)的預(yù)防措施，例如，對(duì)新用的氮化罐或夾具，一定要空爐氮化一兩次后再使 用；嚴(yán)格控制溫度、時(shí)間、氨分解率等工藝參數(shù)。例如，合理確定和控制氮化工藝溫度；加強(qiáng)對(duì)氨分解率的測(cè)定和控 制；在使用新氮化罐時(shí)，注意適當(dāng)加大氨氣流量；氮化罐使用 10 爐左右進(jìn)行一次退氮處理；預(yù)備熱處理時(shí)，適當(dāng)降低調(diào)質(zhì) 回火溫度，以提高零件心部硬度。 金相組織檢查 金相組織檢查包括滲氮層組織檢查和心部組織檢查兩部分。 金相法是利用滲氮層組織與心部組織抗腐蝕性能不同的特點(diǎn)測(cè)量滲氮層深度 [17]。其測(cè)量方法有斷口法、金相法、硬度法三種。 1級(jí) 不脆，壓痕邊緣完整無(wú)缺 2級(jí) 略脆，壓痕邊緣略有崩碎 3級(jí) 壓痕邊緣崩碎較 4級(jí)～ 5級(jí) 極脆，壓痕邊緣嚴(yán)重脆裂 9 通常 2級(jí)合格， 5級(jí)不合格。在氮化后期產(chǎn)生的氧化層 僅影響零件的外觀，不影響使用性能。因此從疲勞強(qiáng)度看，滲氮層深度一般以 。 8 疲勞強(qiáng)度 工件經(jīng)滲氮后大大提高了抗疲勞能力，這是由于滲氮層內(nèi)析出比容較大的氮化物相，產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力。氮化物具有很高的硬度，而且晶格常數(shù)比基體ɑ Fe大得多，當(dāng)它與基體保持共格聯(lián)系時(shí)，使ɑ Fe晶格產(chǎn)生很大的畸變，從而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化效果。是以 Fe2N 化合物為基的具有正角菱形點(diǎn)陣的間隙 固 溶 體 ,ωN%=%～%之間變化。 (4)ε 相。 (3)γ′相。 (2)γ 相。鐵 和氮在不同條件下可以形成五個(gè)相。 6 齒輪材料的的加工過(guò)程 鍛坯 →預(yù)先熱處理 →切削加工 →離子氮化 →精加工（一般不需要） 機(jī)床齒輪的服役條件 齒輪在工作時(shí)的一般受力情況是齒輪通齒面接觸傳遞動(dòng)力 ， 造成兩齒面在相對(duì)滑動(dòng)和動(dòng)中產(chǎn)生劇烈摩擦 ， 并使齒面承受交變接觸 應(yīng)力齒根承受交變彎曲應(yīng)力在齒輪啟動(dòng) 、 換檔和合不均勻時(shí)承受沖擊載荷 [11]。 ㈡ 結(jié)構(gòu)改進(jìn) 改進(jìn)螺栓的防松方式 ， 引進(jìn)高強(qiáng)度的螺栓防松 : （ 1） 改變差速器聯(lián)接螺栓和從動(dòng)螺旋傘齒輪的結(jié)構(gòu) ， 取消軸承座固定的螺栓串聯(lián)鐵絲防松結(jié)構(gòu) ， 同時(shí)又取消開(kāi)口銷(xiāo)鎖緊結(jié)構(gòu) ， 全部使用高強(qiáng)度螺栓 [10]。 第五、 高端人才匱乏，尤其是缺少高端數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和功能部件研發(fā)的領(lǐng)軍人才；缺少高級(jí)技工；缺少具有國(guó)際化視野的復(fù)合型管理人才 [8]。 5 第三、 自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。 第二、 高性能數(shù)控系統(tǒng)和功能部件的發(fā)展滯后于主機(jī)，并已成為制約數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 瓶頸。頻率的成分主要有斷齒軸的諧波與嚙合頻率 、 轉(zhuǎn)頻以及在嚙合頻率與諧波附近存在的以斷齒軸轉(zhuǎn)頻為間隔調(diào)質(zhì) 邊頻帶。齒面的硬化層的深度與硬度和接觸疲勞強(qiáng)度有著密切的聯(lián)系 ， 通過(guò)提高齒面的硬度辦法來(lái)提高齒面的抗點(diǎn)蝕能力。 ㈢ 齒面嚴(yán)重點(diǎn)蝕 齒面疲勞是造成齒面的嚴(yán)重點(diǎn)蝕的重要原因。這是齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中 ， 周?chē)h(huán)境較差 ， 混入硬質(zhì)顆粒 ， 因4 而造成嚴(yán)重磨粒磨損 ， 引起磨損，使 表面不能形成良好的油膜 ， 金屬間直接接觸 ， 而出現(xiàn)早期的磨損失效 [7]。變形較大時(shí) ， 時(shí)域中通常會(huì)明顯的出現(xiàn)以一定時(shí)間為間隔的沖擊振動(dòng) ， 邊帶數(shù)量密而且多 [6]。而日本標(biāo)準(zhǔn) DIN 0 級(jí)相當(dāng)于中國(guó)評(píng)判的 4 級(jí)，一般誤差以 μm為單位， 1μm=. 耐腐蝕性能 鋼中加入可以形成保護(hù)膜的鉻、鎳、鋁、鈦；改變電極電位的銅以及改善晶間腐蝕的鈦、鈮等，可以提高耐腐蝕性 [5]。此外 還要求齒輪具有高的傳動(dòng)精 度 ， 材料具有較好的切削加工性及熱處理工藝性等。除材料本身性能外 ， 還可依靠齒輪 的表面強(qiáng)化處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。各行業(yè)對(duì)于齒輪加工機(jī)床的需求是十分大的 ， 企業(yè)只有抓住這些機(jī)才能更上一層樓。 隨著世界 經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，世界齒輪加工裝備業(yè)在金融危機(jī)之前一直以高速度發(fā)展，20xx年受金融危機(jī)影響，齒輪機(jī)床行業(yè)的生產(chǎn)和消費(fèi)都出現(xiàn)嚴(yán)重下滑。雖然金融危機(jī)對(duì)中國(guó)的市場(chǎng)需求 有 影響，但是并沒(méi)有從根本上改變?nèi)袠I(yè)持續(xù)快速發(fā)展總的態(tài)勢(shì)。沒(méi)有齒輪加工 行業(yè) 的振興，就沒(méi)有真正意義上的裝備制造業(yè)的振興。 齒輪加工是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，是向傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、航空航天工業(yè)、電子信息技術(shù)工業(yè)以及其他加工工業(yè)提供加工裝備的部門(mén)，其中，各種齒胚加工機(jī)床、制齒機(jī)床、精密齒輪磨床等齒輪加工機(jī)床是齒輪加工裝備業(yè)中的核心。而齒輪機(jī)床是機(jī)床工業(yè)公認(rèn)技術(shù)含量最高、零部件最多、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的產(chǎn)品之一。 wear resistance。 離子滲氮工藝 使得機(jī)床齒輪用鋼獲得更高的表面硬度，強(qiáng)度 ；離子滲氮工藝 使得機(jī)床齒輪 的耐磨性提高。I 離子滲氮對(duì)機(jī)床齒輪用鋼 顯微組織及 性能的影響 摘 要 由于 近年來(lái)汽車(chē)、風(fēng)電、核電行業(yè)的拉動(dòng) ,齒輪的需求量大幅度增加，因而 近年來(lái)涉及齒輪加工機(jī)床制造的企業(yè)也日益增多。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 離子滲氮后滲氮層的組織 為回火索氏體和氮化 物，心部組織為回火索氏體。 hardness。 眾所周知 ， 齒輪是最基礎(chǔ)的機(jī)械傳動(dòng)元件 ， 量大面廣。但我國(guó)機(jī)床行業(yè)沒(méi)有停步 ， 一直在努力中 ， 雖有差距但市場(chǎng)的需求是勢(shì)不可擋的。在振興裝備制造業(yè)必須首先發(fā)展機(jī)床制造業(yè)， 在一般的機(jī)器制造中，齒輪機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量占 制造 機(jī)器 工作量 40%－60%。我國(guó)齒輪機(jī)床行業(yè)的現(xiàn)狀可以用以下幾點(diǎn)概括： 2 第一、 產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)連續(xù) 8 年實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)。 20xx 年，在全球齒輪機(jī)床產(chǎn)業(yè)因受金融危機(jī)影響出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)的特殊背景下，全行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值已由全球第三位躍居至首位 ， 從而成為世界第一大機(jī)床生產(chǎn)國(guó) [2]。 無(wú)論是傳統(tǒng)的汽車(chē)、船舶、航空航天、軍工等行業(yè) ， 還是近年來(lái)新興的高 裝備 鐵、鐵路、電子等行業(yè) ， 都對(duì)機(jī)床工具行業(yè)的快速發(fā)展提出了緊迫需求 ， 這就對(duì)齒輪加工機(jī)床制造商提出了新的要求 ， 現(xiàn)在一些企業(yè)已經(jīng)應(yīng)時(shí)而動(dòng) ， 積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) ， 不斷拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域 ， 向熱門(mén)行業(yè)提供高速、高穩(wěn)定性、高精度的機(jī)床新品 ， 滿(mǎn)足行業(yè)所需。 為了保證齒輪的正常工作 ， 齒輪應(yīng)具備以下主要性能 ： ①高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。 ③齒輪心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性 ， 以提高齒輪的承載能力。 齒輪精度是指對(duì)齒輪形狀的綜合誤差所劃分的一個(gè)等級(jí)，其中包括齒形、齒向、徑跳等一些重要的參數(shù)，其中齒形是指齒的徑向形狀，齒向是指齒 的縱向形狀，徑跳是指相鄰兩齒間距離的誤差，一般我們汽車(chē)用的齒輪可由滾齒機(jī)加工完成， 6~7 級(jí)便可使用，而一些印刷機(jī)由于需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)和批量印刷，故需要高精度齒輪以減小齒輪累計(jì)所造成的誤差而使印刷效果下降，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的磨齒機(jī)可加工至 4~5 級(jí)，國(guó)外進(jìn)口的高精度磨齒機(jī)可加工至 3~4 級(jí)，更有一些可 以加工至 2 級(jí)。 ㈠ 塑性變形 齒面產(chǎn)生的塑性變形 ， 主要是因?yàn)橛不瘜虞^薄或心 部基體較軟 ， 齒面硬度偏低 ，在過(guò)載或者沖擊負(fù)荷較大情況下而造成的變形。齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度過(guò)高或者過(guò)低均可能導(dǎo)致齒面早期的磨損失效。同時(shí) ， 振動(dòng)能量 大幅 增加。由于接觸疲勞所造成的點(diǎn)蝕多而出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)以下的齒面部位 ， 因?yàn)樵谠摬课积X輪的滑動(dòng)和滾動(dòng)方向相反。由斷裂引起的斷齒主要 發(fā)生在齒根部位， 齒輪斷齒 時(shí) 振動(dòng)信號(hào)有很大 的沖擊振動(dòng)。由此可見(jiàn)，國(guó)產(chǎn)機(jī)床在高端產(chǎn)品的供應(yīng)仍不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，國(guó)產(chǎn)機(jī)床產(chǎn)品大多屬于中低端產(chǎn)品，這也是我國(guó)齒輪機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性矛盾的主要原因。數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量中車(chē)床、特殊加工機(jī)床、加工中心、銑床、磨床的占比相對(duì)較高，數(shù)控車(chē)床的比例更是高達(dá)一半以上。企 業(yè)多而散，全行業(yè)企業(yè)多達(dá) 5944 家；主機(jī)企業(yè)大而不強(qiáng)，小而不精；配套能力弱，產(chǎn)業(yè)分工不清晰；與數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展相適應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈體系還不夠完善。 （ 2） 調(diào)整螺旋傘齒輪嚙合的印痕 ， 用涂紅丹粉的 方法檢驗(yàn)從動(dòng)螺旋傘齒輪的嚙合印痕該為 ： 齒面接觸斑點(diǎn)沿齒高方向長(zhǎng)度為全齒高的 37%—60%， 距小端 齒長(zhǎng)7%—15%， 非工作凹面的接觸斑點(diǎn)控制在齒的中部 [9]。 提 高機(jī)床齒輪性能的措施 齒輪材料的選擇 （ 1） 根據(jù)齒輪的性能要求來(lái)選擇 （ 2） 根據(jù)齒輪的承載能力來(lái)選擇 (輕負(fù)荷，輕度或中度沖擊載荷 ) （ 3） 根據(jù)齒輪的工作條件來(lái)選擇 （ 4） 根據(jù)材料的工藝性能（滲氮速度和處理溫度） 根據(jù)以上選擇依據(jù)，我們選用 40Cr作為我們的基體材料。上圖為 FeN 狀態(tài)圖，圖中有兩個(gè)共析反應(yīng)：在 590℃ ， ωN%=%處，發(fā)生7 γ→ ɑ+Fe4N(γ′)反應(yīng)；在 650℃ , ωN%=%處發(fā)生 ε→γ+ γ′反應(yīng)。氮在ɑFe 中最大溶解度在 590℃ 時(shí)為 ωN%=%。 γ 相中，氮原子位于八面體間隙