【正文】 國齒輪行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要[13] 應(yīng)小東,李午申,馮靈芝. 激光表面改性技術(shù)及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 焊接, 2003,(01) . [14] 李月英,劉勇兵,陳華. 凸輪材料的表面強(qiáng)化及其摩擦學(xué)特性[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2007,(05) :6571. [15] 馮艷華,姜濤,麻文焱. 40Cr鋼表面激光淬火的工藝研究[J]. 機(jī)械工程師, 2002,(08) .[16] Won Jae Yang YongHo Choa Tohru Sekino Kwang Bo Shim Koichi Niihara and Keun Ho Auh. Structural characteristics of diamondlike nanoposite films grown by PECVD .Materials Letters, 2003, 57 (21) :33053310 .[17] 鐘厲,韓西,周上祺, 2002。同樣由于金屬表面不同部位粘著作用的增強(qiáng)和減弱，摩擦系數(shù)略有浮動(dòng)，隨著時(shí)間的延長，最后趨于平穩(wěn)，約為 。由此可見， 離子滲氮后的試樣，磨損的程度降低，耐磨性提高。離子滲氮后，試樣的硬度顯著提高，那么，耐磨性是否也會(huì)提高？我們分別從磨損量、表面磨損形貌圖、摩擦系數(shù)這三個(gè)方面探究上述問題。表五、原始試樣及離子滲氮后試樣的顯微硬度（；加載時(shí)間為10s）試樣滲氮層壓痕直徑d1（181。 顯微硬度計(jì)則是通過光學(xué)放大，測出在一定試驗(yàn)力下的金剛石角錐體壓頭壓入被測物后所殘留的壓痕的對角線長度來求出的被測物的硬度， 硬度值計(jì)算公式為： F1=F/d2 HV （）其中，F(xiàn)為試驗(yàn)力（N），d 為壓痕對角線長度 （mm）一般來講滲層厚度大時(shí)，測量所用載荷越小，測量誤差越大。觀察圖5（b）知：表層為白亮層，次表層為擴(kuò)散層，心部為基體材料。根據(jù)Kollbel“濺射沉積”理論[30]，當(dāng)離子滲氮時(shí)間短時(shí)，單位體積內(nèi)分子數(shù)量很少，碰撞幾率小，使得應(yīng)急表面濺射出的鐵離子自由程較長，工件表面形成及沉積的FeN幾率就低，同時(shí)，較高動(dòng)能的離子轟擊表面引起新形成的化合物層被濺射。40Cr調(diào)質(zhì)后的組織見圖3（b）。因此只有分析清楚齒輪在離子滲氮前后的顯微組織及成分的變化，才可以更好的對材料的性能進(jìn)行測試，進(jìn)而更好地驗(yàn)證離子滲氮可以提高材料的硬度及耐磨性，從而對材料的實(shí)際應(yīng)用有更好的掌握。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。硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項(xiàng)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。磨損是引起機(jī)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。另一類試驗(yàn)方法是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法，這類方法試驗(yàn)力的施加是動(dòng)態(tài)的和沖擊性的。硬度的實(shí)質(zhì)是材料抵抗另一較硬材料壓入的能力。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(qiáng)度相對比是否也與標(biāo)準(zhǔn)卡片上的峰強(qiáng)比一致，如果都一樣則可肯定為該物質(zhì)。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。表層為白色氮化物層(ε相)，次表層侵蝕后變黑，是氮化擴(kuò)散層，在ε相和擴(kuò)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]。 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。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(diǎn)，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(qiáng)化。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(jìn)行的。第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及條件機(jī)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。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。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(kuò)散處理方法予以減輕。挽救的方法是進(jìn)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。補(bǔ)充氮化的工藝是510℃、10h氮化，氨分解率20%～30%。對于滲氮層顯微組織與擴(kuò)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(diǎn)降低的特點(diǎn)測定層深，此時(shí)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。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。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。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。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。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(diǎn)ωN%=%，在650℃時(shí)溶解度達(dá)到最大值，ωN%=%。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(gè)重要的依據(jù)。 ㈠加強(qiáng)裝配的控制（1）在裝配時(shí)加強(qiáng)嚙合間隙的控制，調(diào)整螺旋傘，并且用塞尺驗(yàn)。我國金屬切削機(jī)床產(chǎn)品產(chǎn)量中車床、鉆床、銑床和磨床的比例較高，%，與機(jī)床強(qiáng)國之間的差距非常大。4 斷齒從統(tǒng)計(jì)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。齒面磨損為均勻磨損時(shí)由于無沖擊的振動(dòng)產(chǎn)生，不會(huì)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(shí)，嚙合頻率和高次諧波幅值明顯增大。齒輪故障很多，在齒輪的運(yùn)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(dòng)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(diǎn)蝕、磨損及斷齒等失效形式。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(shí)現(xiàn)。通過對世界機(jī)床行業(yè)現(xiàn)狀的分析，可以為我國機(jī)床行業(yè)及機(jī)床企業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)[3]。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(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。過去我國機(jī)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(jī)床質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性、耐用性上同國外先進(jìn)產(chǎn)品相比存在明顯差距。 microstructure。針對齒輪在運(yùn)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(huì)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。目錄摘 要 IAbstract II第一章 文獻(xiàn)綜述 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 5 5 5 6 6 6 6 7 7 8 9 11 11第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及條件 13 13 13 13 14 14 15 16 17第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 19 19 19 19 21 22 23結(jié) 論 26參考文獻(xiàn) 27致 謝 29附錄一 英文翻譯原文 30附錄二 英文翻譯 45IV第一章 文獻(xiàn)綜述得益于近年來汽車、風(fēng)電、核電行業(yè)的拉動(dòng)，汽車齒輪加工機(jī)床、大規(guī)格齒輪加工機(jī)床需求的增長變得十分耀眼。由于齒輪機(jī)床行業(yè)處于成熟，產(chǎn)業(yè)集中度不高，國內(nèi)外競爭者眾多，行業(yè)競爭十分激烈，確定一種正確而又切實(shí)際可行的發(fā)展戰(zhàn)略就成為必然選擇[1]。第二、我國在世界齒輪機(jī)床行業(yè)中的地位也在顯著提升。齒輪在運(yùn)行過程中，嚙合齒面之間既有滾動(dòng)，又有滑動(dòng)，而且齒輪根部還將受到交變彎曲應(yīng)力的作用，要求齒輪表面有較高的硬度及耐磨性，心部具有較好的強(qiáng)韌性。對于機(jī)床齒輪，由于其精度要求高，機(jī)床齒輪精度一般為6～8級（中、低速）和8～12級（高速）則它的表面硬度和耐磨性就必須達(dá)到更高的要求[4]。變形較小時(shí)，頻譜中主要以齒輪嚙合頻率和諧波為載波頻率，齒輪所在軸轉(zhuǎn)頻為調(diào)制間隔的邊帶成分，但其數(shù)量稀少。齒輪在嚙合的過程中，受到周期性的變化接觸應(yīng)力作用，當(dāng)接觸應(yīng)力超過次表面材料的極限應(yīng)力或者超過輪齒工作表面時(shí)，就會(huì)在相應(yīng)的部位產(chǎn)生微小的疲勞裂紋。 盡管取得了上述種種成績，但國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床仍遠(yuǎn)不能滿足機(jī)床消費(fèi)結(jié)構(gòu)日益升級的，迄今中國機(jī)床市場上“高端失守、低端混戰(zhàn)”的局面尚未得到根本轉(zhuǎn)變，目前中國機(jī)床產(chǎn)業(yè)僅僅在規(guī)模方面具有相對比較優(yōu)勢，與機(jī)床制造強(qiáng)國相比較，在結(jié)構(gòu)、水平、研發(fā)和服務(wù)能力等方面都還存在明顯的差距，具體表現(xiàn)在以下幾方面：第一、低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩導(dǎo)致價(jià)格戰(zhàn)，高端產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口。在一些關(guān)鍵的共性技術(shù)上與發(fā)達(dá)國家還有不小差距，而且企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新方面投入的精力還不夠，目前國內(nèi)機(jī)床企業(yè)一直在嘗試產(chǎn)學(xué)研的研發(fā)體系建設(shè)，但是還處于探索階段。（2）采用高強(qiáng)度的墊圈。(1)ɑ相。成分可變的間隙相，在化合物中氮原子有序的占據(jù)由鐵原子組成的面心立方晶格的位置。性脆，在500℃以上轉(zhuǎn)變成ε相。表面殘余壓應(yīng)力的存在能部分抵消在疲勞載荷下產(chǎn)生的拉應(yīng)力，延緩疲勞破壞過程，使疲勞強(qiáng)度顯著升高，并降低缺口敏感性。滲層硬度測定用維氏硬度或表面洛氏硬度計(jì)測定滲氮層的表面硬度。斷口法是將帶缺口的試樣打斷，用25倍放大鏡進(jìn)行測量。合格的滲氮組織應(yīng)是索氏體加氮化物，不應(yīng)有白色的針狀、脈狀、網(wǎng)狀及魚骨狀氮化物，否則會(huì)使?jié)B層變脆，剝落。補(bǔ)償措施是進(jìn)行一次補(bǔ)充氮化，其工藝應(yīng)根據(jù)氮化層已達(dá)到的深度及表面硬度等具體情況而定。表面氧化氮化罐漏氣，氮化罐中有空氣侵入；出爐溫度太高，在300℃以上出爐，零件表面發(fā)生氧化；氮化后過早停止通氨，罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，吸入了空氣；氨液含水量超過了規(guī)定的要求或干燥劑失效，有過多的水分進(jìn)入罐內(nèi)造成氧化，進(jìn)氣管道內(nèi)積存了水分，進(jìn)入罐內(nèi)導(dǎo)致氧化等。滲碳和滲氮最大的區(qū)別就是介質(zhì)不同，適用的鋼也不同，滲碳適用于低碳鋼，滲氮適用于中碳鋼。得益于近年來汽車、風(fēng)電、核電行業(yè)的拉動(dòng)，汽車齒輪加工機(jī)床、大規(guī)格齒輪加工機(jī)床的需求增長變得十分耀眼。對于40Cr 鋼而言，可進(jìn)行正火或退火處理。離子的高動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱工件表面至所需溫度。同時(shí)，在離子滲氮過程中，也存在一些缺陷，例如，硬度偏低、硬度和滲層不均勻、變形超差、外觀質(zhì)量差、脈狀氮化物等[25]。顯微硬度圖像處理則可在細(xì)微距離內(nèi)進(jìn)行精密定位的多點(diǎn)測量，或經(jīng)表面處理后的硬化層（氮化層，滲碳層）深度的測試與分析，通過測定試樣的各個(gè)組織顯微硬度的變化，可以對試樣進(jìn)行相，組織的分析。主要應(yīng)用于無機(jī)物，可以測定晶體中晶粒的大小、晶胞形狀或材料的織構(gòu)等。X 射線物相分析適用于晶態(tài)物質(zhì)。在 XRD 測試中實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)的設(shè)定，會(huì)對測試結(jié)果如峰位、強(qiáng)度、半高寬度產(chǎn)生重要影響。金屬硬度檢測主要有兩類試驗(yàn)方法：一類是靜態(tài)試驗(yàn)方法，這類方法試驗(yàn)力的施加是緩慢而無沖擊的。利用不同型號的SiC水磨砂紙將試樣打磨平整，并在金相拋光機(jī)上進(jìn)行拋光。磨損分兩種形式：粘著磨損和磨粒磨損。 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，為提高耐磨性對材料性能亦有不同要求。自工作表面向內(nèi),化合物層隨著FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N組織變化而實(shí)現(xiàn)工件的滲氮。m600181。選材合格，可以提高成分，組織，硬度，磨削量等的準(zhǔn)確度和可信性。根據(jù)資料，自工作表面向內(nèi)，化合物層隨著FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N組織變化而實(shí)現(xiàn)工件的滲氮。為了證明上述觀點(diǎn)，我們專門對原始試樣和離子滲氮處理后的試樣的硬度，耐磨性做了研究。測試所用載荷為 ，加載 10 s，每個(gè)試樣測試 5 個(gè)點(diǎn)，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(shí)，使ɑFe晶格產(chǎn)生很大的畸變，從而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化效果。m (a)原始試樣 （c）原始試樣 50181。從圖7(a)曲線中可以看出原始試樣在整個(gè)摩擦過程內(nèi)粘著作用明顯，在以后的時(shí)間中由于金屬表面不同部位粘著作用的增強(qiáng)和減弱，摩擦系數(shù)略有浮動(dòng)。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,. 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(jià)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！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。Casedepth。2mbar, a pressure low enough for the background level of oxygen to be within the acceptable limits (less than 50ppm) and is then filled with a low pressure mixture of hydrogen and nitrogen. The use of auxi