【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 來看： 40Cr 鋼屬于低淬透性調(diào)質(zhì) 鋼，具有很高的強度，良好的塑性和韌性，即具有良好的綜合機械性能 。 磨損試驗原理見圖 2。和 αFe 相組成。表征紙的表面硬度。在條件相同的 情況下，涂層耐磨性優(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，而且在不同磨耗機理條件下，為提高耐磨性對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)。 顯微硬度計主要用于測量微小、薄型試件、脆硬件的測試，通過選用各種附件或者升級各種結(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 試，在細微部分進行精密定位的多點測量，壓痕的深層測試與分析，滲鍍層測試與分析，硬度梯度的測試，金相組織結(jié)構(gòu)的觀察與研究，涂鍍層厚度的測量與分析等。動態(tài)試驗法主要用于大型的，不可移動工件的硬度檢測 。其 中布、洛、維三種試驗方法是應(yīng)用最廣的，它們是金屬硬度檢測的主要試驗方法。由于通過硬度試驗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，因此硬度試驗廣泛應(yīng)用于金屬性能的檢驗、監(jiān)督熱處理工藝質(zhì)量和新材料的研制。硬度檢測的主要目的就是測定材料的適用性，或材料為使用目的所進行的特殊硬化或軟化處理的效果。當(dāng)然峰強的大小也能看出物質(zhì)的含量多少，大致上，峰越強，物質(zhì)含量越多。物 相定性分析是通過將實驗測得的 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)的一種短波長電磁波，具有很強的穿透性， 而且 波長介于 0. 001 ～ 10 nm 之間，與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元尺寸在同一個數(shù)量級，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試技術(shù)之一，它具有操作簡便、迅速、信息全面、樣品用量少、對樣品無損害、無污染、衍射強度準(zhǔn)確等優(yōu)點。 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 HXS1000Z 顯微硬度計是測定金屬、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 金相試樣的制備是通過切割機、鑲嵌機、磨 /拋光機來完成的，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)強電場作用下，氮和氫的正離子 高速 向工件表面轟擊。當(dāng)強度較高時，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 齒輪材料的制備過程 預(yù)先熱處理 調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)熱加工后，必須經(jīng)過 預(yù)備熱處理來降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時造成的組織缺陷，細化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。過去我國機床生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)上相對落后 ， 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 ， 缺乏競爭力 ， 在數(shù)控機床質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性、耐用性上同國外先進產(chǎn)品相比存在明顯差距。 氮化周期長，一般幾十甚至上百小時、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為鋼的氮化或滲氮。針狀或魚骨狀氮化物增加滲層脆性。對抗蝕氮化的工件可再進行一次氮化。對于尺寸要求不高的零件可以進行熱校，但校直后必須進行消除應(yīng)力處理。產(chǎn)生的原因是爐內(nèi)溫度不均勻或爐內(nèi)進氣管道上部分進氣孔堵塞，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， 補救辦法是重新 進行氮化。針對以上原因可采取相應(yīng)的預(yù)防措施，例如，對新用的氮化罐或夾具，一定要空爐氮化一兩次后再使 用；嚴格控制溫度、時間、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；加強對氨分解率的測定和控 制；在使用新氮化罐時，注意適當(dāng)加大氨氣流量；氮化罐使用 10 爐左右進行一次退氮處理；預(yù)備熱處理時，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測量滲氮層深度 [17]。其測量方法有斷口法、金相法、硬度法三種。 1級 不脆，壓痕邊緣完整無缺 2級 略脆，壓痕邊緣略有崩碎 3級 壓痕邊緣崩碎較 4級～ 5級 極脆，壓痕邊緣嚴重脆裂 9 通常 2級合格， 5級不合格。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。因此從疲勞強度看，滲氮層深度一般以 。 8 疲勞強度 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，使ɑ Fe晶格產(chǎn)生很大的畸變，從而產(chǎn)生顯著的強化效果。是以 Fe2N 化合物為基的具有正角菱形點陣的間隙 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相。 6 齒輪材料的的加工過程 鍛坯 →預(yù)先熱處理 →切削加工 →離子氮化 →精加工（一般不需要） 機床齒輪的服役條件 齒輪在工作時的一般受力情況是齒輪通齒面接觸傳遞動力 ， 造成兩齒面在相對滑動和動中產(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 、 換檔和合不均勻時承受沖擊載荷 [11]。 ㈡ 結(jié)構(gòu)改進 改進螺栓的防松方式 ， 引進高強度的螺栓防松 : （ 1） 改變差速器聯(lián)接螺栓和從動螺旋傘齒輪的結(jié)構(gòu) ， 取消軸承座固定的螺栓串聯(lián)鐵絲防松結(jié)構(gòu) ， 同時又取消開口銷鎖緊結(jié)構(gòu) ， 全部使用高強度螺栓 [10]。 第五、 高端人才匱乏，尤其是缺少高端數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)和功能部件研發(fā)的領(lǐng)軍人才；缺少高級技工；缺少具有國際化視野的復(fù)合型管理人才 [8]。 5 第三、 自主創(chuàng)新能力不強。 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，并已成為制約數(shù)控機床產(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度有著密切的聯(lián)系 ， 通過提高齒面的硬度辦法來提高齒面的抗點蝕能力。 ㈢ 齒面嚴重點蝕 齒面疲勞是造成齒面的嚴重點蝕的重要原因。這是齒輪在運轉(zhuǎn)的過程中 ， 周圍環(huán)境較差 ， 混入硬質(zhì)顆粒 ， 因4 而造成嚴重磨粒磨損 ， 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 ， 時域中通常會明顯的出現(xiàn)以一定時間為間隔的沖擊振動 ， 邊帶數(shù)量密而且多 [6]。而日本標(biāo)準(zhǔn) DIN 0 級相當(dāng)于中國評判的 4 級，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 的表面強化處理來實現(xiàn)。各行業(yè)對于齒輪加工機床的需求是十分大的 ， 企業(yè)只有抓住這些機才能更上一層樓。 隨著世界 經(jīng)濟的增長，世界齒輪加工裝備業(yè)在金融危機之前一直以高速度發(fā)展，20xx年受金融危機影響，齒輪機床行業(yè)的生產(chǎn)和消費都出現(xiàn)嚴重下滑。雖然金融危機對中國的市場需求 有 影響，但是并沒有從根本上改變?nèi)袠I(yè)持續(xù)快速發(fā)展總的態(tài)勢。沒有齒輪加工 行業(yè) 的振興，就沒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)機械工業(yè)、國防工業(yè)、汽車工業(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，其中，各種齒胚加工機床、制齒機床、精密齒輪磨床等齒輪加工機床是齒輪加工裝備業(yè)中的核心。而齒輪機床是機床工業(yè)公認技術(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 使得機床齒輪用鋼獲得更高的表面硬度，強度 ；離子滲氮工藝 使得機床齒輪 的耐磨性提高。I 離子滲氮對機床齒輪用鋼 顯微組織及 性能的影響 摘 要 由于 近年來汽車、風(fēng)電、核電行業(yè)的拉動 ,齒輪的需求量大幅度增加，因而 近年來涉及齒輪加工機床制造的企業(yè)也日益增多。 實驗結(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)的機械傳動元件 ， 量大面廣。但我國機床行業(yè)沒有停步 ， 一直在努力中 ， 雖有差距但市場的需求是勢不可擋的。在振興裝備制造業(yè)必須首先發(fā)展機床制造業(yè)， 在一般的機器制造中，齒輪機床所擔(dān)負的加工工作量占 制造 機器 工作量 40%－60%。我國齒輪機床行業(yè)的現(xiàn)狀可以用以下幾點概括： 2 第一、 產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，主要經(jīng)濟指標(biāo)連續(xù) 8 年實現(xiàn)高速增長。 20xx 年，在全球齒輪機床產(chǎn)業(yè)因受金融危機影響出現(xiàn)負增長的特殊背景下，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床生產(chǎn)國 [2]。 無論是傳統(tǒng)的汽車、船舶、航空航天、軍工等行業(yè) ， 還是近年來新興的高 裝備 鐵、鐵路、電子等行業(yè) ， 都對機床工具行業(yè)的快速發(fā)展提出了緊迫需求 ， 這就對齒輪加工機床制造商提出了新的要求 ， 現(xiàn)在一些企業(yè)已經(jīng)應(yīng)時而動 ， 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 ， 向熱門行業(yè)提供高速、高穩(wěn)定性、高精度的機床新品 ， 滿足行業(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高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度。 ③齒輪心部具有足夠的強度和韌性 ， 以提高齒輪的承載能力。 齒輪精度是指對齒輪形狀的綜合誤差所劃分的一個等級，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，一般我們汽車用的齒輪可由滾齒機加工完成， 6~7 級便可使用，而一些印刷機由于需要高速運轉(zhuǎn)和批量印刷，故需要高精度齒輪以減小齒輪累計所造成的誤差而使印刷效果下降，而國內(nèi)生產(chǎn)的磨齒機可加工至 4~5 級，國外進口的高精度磨齒機可加工至 3~4 級，更有一些可 以加工至 2 級。 ㈠ 塑性變形 齒面產(chǎn)生的塑性變形 ， 主要是因為硬化層較薄或心 部基體較軟 ， 齒面硬度偏低 ，在過載或者沖擊負荷較大情況下而造成的變形。齒輪運轉(zhuǎn)速度過高或者過低均可能導(dǎo)致齒面早期的磨損失效。同時 ， 振動能量 大幅 增加。由于接觸疲勞所造成的點蝕多而出現(xiàn)在節(jié)點以下的齒面部位 ， 因為在該部位齒輪的滑動和滾動方向相反。由斷裂引起的斷齒主要 發(fā)生在齒根部位， 齒輪斷齒 時 振動信號有很大 的沖擊振動。由此可見，國產(chǎn)機床在高端產(chǎn)品的供應(yīng)仍不能滿足國內(nèi)市場的需求，國產(chǎn)機床產(chǎn)品大多屬于中低端產(chǎn)品，這也是我國齒輪機床行業(yè)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性矛盾的主要原因。數(shù)控金屬切削機床產(chǎn)量中車床、特殊加工機床、加工中心、銑床、磨床的占比相對較高，數(shù)控車床的比例更是高達一半以上。企 業(yè)多而散，全行業(yè)企業(yè)多達 5944 家；主機企業(yè)大而不強，小而不精；配套能力弱，產(chǎn)業(yè)分工不清晰；與數(shù)控機床產(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 方法檢驗從動螺旋傘齒輪的嚙合印痕該為 ： 齒面接觸斑點沿齒高方向長度為全齒高的 37%—60%， 距小端 齒長7%—15%， 非工作凹面的接觸斑點控制在齒的中部 [9]。 提 高機床齒輪性能的措施 齒輪材料的選擇 （ 1） 根據(jù)齒輪的性能要求來選擇 （ 2） 根據(jù)齒輪的承載能力來選擇 (輕負荷，輕度或中度沖擊載荷 ) （ 3） 根據(jù)齒輪的工作條件來選擇 （ 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℃ 時為 ωN%=%。 γ 相中，氮原子位于八面體間隙