【正文】 ............. 8 氮化件常見的缺陷及預(yù)防 ....................................... 9 離子氮化與離子滲碳的區(qū)別 .................................... 11 課題研究意義及主要內(nèi)容 ........................................... 11 第二章 實驗內(nèi)容及條件 .................................................. 13 試樣的制備 ....................................................... 13 齒 輪材料的選擇 .............................................. 13 齒輪材料的制備過程 .......................................... 13 齒輪材料的的性能表征 ............................................. 14 齒輪材料表征所用儀器 ........................................ 14 原始試樣及滲氮層的組織形貌及成分分析 ........................ 15 原始試樣及滲氮層的硬度測量 .................................. 16 原始試樣及滲氮層的耐 磨性的測量 .............................. 17 第三章 實驗結(jié)果及分析 .................................................. 19 原始試樣及調(diào)質(zhì)后試樣的組織形貌分析 ............................... 19 原始試樣及離子滲氮試樣成 分及組織分析 ............................. 19 原始試樣及滲氮層成分分析 .................................... 19 IV 原始試樣及滲氮層組織分析 .................................... 21 原始試樣及離子滲氮 試樣的硬度比較 ................................. 22 原始試樣及離子滲氮試樣耐磨性的比較 ............................... 23 結(jié) 論 .................................................................. 26 參考文獻 ................................................................ 27 致 謝 ................................................................. 29 附錄一 英文翻譯原文 .................................................... 30 附錄二 英文翻譯 ........................................................ 45 1 第一章 文獻綜 述 引言 得益于近年來汽車、風(fēng)電、核電行業(yè)的拉動 ， 汽車齒輪加工機床、大規(guī)格齒輪加工機床 需求 的 增長變得十分耀眼。 針對 齒輪在運行過程中 出現(xiàn)的磨損，斷齒，精度下降 等一系列 問題 ， 頻繁更換齒輪會導(dǎo)致工作效率下降，成本提高，因而，改善齒輪本身的性能才是根本解決途徑。 microstructure。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)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。 機床齒輪的研究現(xiàn)狀 中國的研究現(xiàn)狀 我國齒輪加工裝備業(yè)經(jīng)過 50 多年的發(fā)展，形成了門類齊全、具有相當(dāng)規(guī)模和一定水平的產(chǎn)業(yè)體系，成為我國經(jīng)濟發(fā)展的重要支 柱產(chǎn)業(yè)。通過對世界機床行業(yè)現(xiàn)狀的分析，可以為我國機床行業(yè)及機床企業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗 [3]。耐磨性的提高 ， 主要依靠提高表面硬度和降低摩擦因數(shù)來實現(xiàn)。 各種典型齒輪故障及其特征 齒輪故障很多 ， 在齒輪的運轉(zhuǎn)中 ， 由于制造與安裝的不良 ， 而造成內(nèi)圓軸線與齒輪不同心不對中 ， 以及大型齒輪的動不平衡 ， 由于齒面間承受著交變載荷 ， 引起的齒面剝落、膠合、點蝕、磨損及斷齒等失效形式 。齒面磨損為均勻磨損時由于無沖擊的振動產(chǎn)生 ， 不會出現(xiàn)明顯調(diào)制現(xiàn)象 ； 當(dāng)磨損發(fā)展到一定的程度時 ， 嚙合 頻率和高次諧波幅值明顯增大。 ㈣ 斷齒 從統(tǒng)計數(shù)字上來看 ， 斷齒的失效也占有一定比 例， 斷裂是導(dǎo)致齒輪斷齒失效的重要因素其一。我國金屬切削機床產(chǎn)品產(chǎn)量中車床、鉆床、銑床和磨床的比例較高，而加工中心的產(chǎn)量僅占金切機床產(chǎn)量的 %，與機床強國之間的差距非常大。 齒輪質(zhì)量改進的幾點建議 ㈠ 加強裝配的控制 （ 1） 在裝配時加強 嚙合間隙的控制 ， 調(diào)整螺旋傘 ， 并且用塞尺 驗。 離子氮化工藝 離子氮化的原理 FeN 狀態(tài)圖是研究氮化層組織、相結(jié)構(gòu)及氮濃度沿滲層分布的一個重要的依據(jù)。相在 590℃ 以上存在，在此溫度發(fā)生共析反應(yīng) γ→ ɑ+γ′， 共析點 ωN%=%，在 650℃ 時溶解度達到最大值，ωN%=%。 在化合物中，氮原子有序的占據(jù)著有鐵原子組成的密排六方晶格的間隙位 。 加入多種合金元素的合金鋼比一種元素的合金鋼產(chǎn)生的畸變大，因此表現(xiàn)為具有較高的基體硬度。但即使加熱到 900～ 1000℃ 硬度也不可能降低到未滲氮狀態(tài)的硬度。 采用壓痕法主觀因素較多，目前應(yīng)用的更為客觀的方法是聲發(fā)射技術(shù)，通過測量滲氮試樣在彎曲或扭轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)第一根裂紋的撓度來定 量描述脆性。對于滲氮層顯微組織與擴散層 顯微組織 無明顯分界線的試樣，可加熱至接近或略低于 Ac1（ 700～ 800℃ ） 的溫度，然后水淬，利用滲氮層含氮而使 Ac1點降低的特點測定層深，此時滲層淬火成為抗蝕性能較好的的馬氏體組織，而心部為抗蝕性能較差的高溫回火組織。補充氮化的工藝是 510℃ 、 10h 氮化，氨分解率 20%～ 30%。 挽救的方法是進行一次退氮處理（ 500～ 520℃ ， 3～ 5h，氨分解率 80%） ；磨掉白亮層；在 20%NaCN 溶液中，于 60～ 80℃ 浸煮 68h，去掉白亮層。這種組織的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響氮化質(zhì)量，使氮化層脆性增加，極易剝落， 可用擴散處理方法予以減輕。氮化在鋼件表面形成穩(wěn)定的化合物層，所以氮化還可以提高鋼件的抗蝕性。 13 第二章 實驗內(nèi)容及條件 試樣的制備 機床齒輪的性能不僅取決于基材的常規(guī)工藝操作，也取決于后期的特殊工藝操作，如離子氮化 及離子氮化工藝參數(shù)的設(shè)置 。 離子氮化處理 離子氮化， 又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進行的。相比于氣體滲氮，離子滲氮具有清潔無公害、滲速快、節(jié)能省氣、畸變小、滲層組成可調(diào)、處理溫度范圍廣 ( 從 380 ～ 850 ℃ ) 等優(yōu)點，已被廣泛用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工模具鋼、不銹鋼、球墨鑄鐵、灰口鑄鐵、鈦合金、粉末冶金等材料的表面強化 。 金相顯微鏡 金相顯微鏡用于鑒別和分析各種材料內(nèi)部的組織。表層為白色氮化物層 (ε 相 )，次表層侵蝕后變黑，是氮化擴散層，在 ε 相和擴散層之間常有白色的脈狀分布的氮化物組織，由于氮濃度的增加，脈狀組織可以變粗，甚至形成網(wǎng)狀 [28]。 X 射線衍射基于單色 X 射線與結(jié)晶樣品之間的相長干涉，衍射線空間方位和晶體結(jié)構(gòu)之間滿足布拉格定律 。鑒別物相首先從峰位入手，如果峰位能對上，初步判定為該物質(zhì)；其次，還要看各衍射峰的強度相對比是否也與標(biāo)準(zhǔn)卡片上的峰強比一致，如果都一樣則可肯定為該物質(zhì)。硬度的實質(zhì)是材料抵抗另一較硬 材料壓入的能力。另一類試驗方法是動態(tài)試驗法，這類方法試驗力的施加是動態(tài)的和沖擊性的。 原始試樣及 滲氮層的耐磨性的測量 磨損是引起機械零件失效的主要原因之一 ，人們總是希望能夠盡量減少磨損。硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要的性能指標(biāo)，它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘余變 形和反破壞的能力。在一定的負(fù)載下，涂膜用橡膠砂輪經(jīng) 過 規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)打磨后，求得涂膜的失重量，以克表示。因為滲氮層的組織和物相發(fā)生了變化，所以材料的硬度及耐磨性也發(fā)生了變化 [27]。 調(diào)質(zhì)熱處理是淬火加高溫回火 ， 調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能得到 改善 ，其強度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機械性能。 為了獲得原始試樣和離子滲氮處理后試樣的成分，我們采用 X 射線衍射 儀，并對其成分做細(xì)致 分析，進而更好地判斷離子滲氮前后其性能的變化情況。 離子滲氮最重要的特點之一是可以通過控制滲氮氣氛的組成、氣壓、電參數(shù)、溫度等因素來控制表面化合物層（俗稱白亮層）的結(jié)構(gòu)和擴散層組織，從而滿足零件的服役條件和對性能的要求。m 600181。測試所用載荷為 ， 加載 10 s，每個試樣測試 5 個點，取其平均值。氮化物具有很高的硬度，而且晶 格常數(shù)比基體 ɑFe大得多，當(dāng)它與基體保持共格聯(lián)系時，使 ɑFe晶格產(chǎn)生很大的畸變，從而產(chǎn)生顯著的強化效果 。m 400181。 從圖 7(a)曲線中可以看出 原始試樣 在 整個 摩擦 過程內(nèi)粘著作用明顯， 在以后的時間中由于金屬表面不同部位粘著作用的增強和減弱 ， 摩擦系數(shù) 略有浮動 。在此基礎(chǔ)上，離子滲氮工藝可以顯著提高 40Cr 的 硬度 、耐磨性等性能。 29( 2) ： 7076 [21] 閻牧夫 ,夏立芳 ,祖國成 .離子滲氮表面氮濃度的 X 射線分析及實驗研究 . 物理測試 ,1990。 感謝我的母校太原理工大學(xué)，感謝四年來教過我的各位老師！四年的培養(yǎng)，為我樹立了正確的世界觀、人生觀、價值觀！ 最后，深深感謝給予我無私關(guān)懷、養(yǎng)育和傾注全部心血的父母，是他們在生活上的支持，使我能夠潛心學(xué)習(xí)，特向他們表示衷心的感謝！ 30 附錄一 英文翻譯原文 EFFECT of ION NITRIDING ON the MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES of MARAGING STEEL (250 GRADE) Kishora ShettyS. Kumarb,P. Raghothama Rao。12(5):6772 [24] 王瑞權(quán) , 韓秋華 , 劉妍研 , 夏霏霏 ,邢博 ,熱處理工藝對 40Cr 組織和摩擦性能的影響 , 熱處理技術(shù)與裝備 ,20xx(4):6773 [25] 韓莉 ,趙程 ,40Cr 鋼富氮層快速離子滲氮技術(shù)的探索 ,材料熱處理學(xué)報 ,20xx,(08):9096 [26] Billon B, Hendry A. Microstructure of nitrided stainlesssteel[J]. Surface Engineer, 1985 (1): 114 [27] 曾耀新 .提高奧氏體不銹鋼磨損和腐蝕抗力的氮化 [J].表面工程雜志 , 1996, 31(2):4859 [28] 王宗英 ,肖楠 ,呂淑萍 . 40Cr 鋼表面改性處理及磨損性能研究 [J]. 沈陽建筑大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 ), 20xx,(03):7881 . [29] A Erdemir,C Bindal,J Pagan,P Wilbur. Characterization of transfer layers on steel surfaces sliding against diamondlike hydrocarbon films in dry nitrogen .Surf. Coat. Technol. 1995, 76– 77 :559563 . [30] Erdemir A, Bindal C, Fenske G R, et al. Characterization of transfer layers forming on surfaces sliding against diamondlike carbon .Surface and Coatings Technology, 1996, 8687 :692697 . 29 致 謝 本論文是在導(dǎo)師胡蘭青教授的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的，胡蘭青老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度、勤奮的工作精神深深的感染了我，使我終身受益。 （ 2） 與未滲氮試 樣相比， 離子滲氮處理后的試樣，其硬度 顯著 提高。 因此 ，未滲氮試樣的摩擦系數(shù)約 為 ； 從圖 7(b)曲線中可以看出 ：在 摩擦 初始階段 0～ 700s 內(nèi)，即跑和階段， 金屬表面由于污染，粘著 磨損 和磨粒 磨損 共同作用，摩擦系數(shù) 急劇上升 ； 由于金屬表面 N 元素的注入