【正文】 的衍射花樣。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。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(qiáng)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。XRD特別適用于晶態(tài)物質(zhì)的物相分析。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(qiáng)度準(zhǔn)確等優(yōu)點。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]。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。 X射線衍射儀X射線衍射儀是利用衍射原理,精確測定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu),織構(gòu)及應(yīng)力,精確的進(jìn)行物相分析,定性分析,定量分析,廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教學(xué)、材料生產(chǎn)等領(lǐng)域。 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]。 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。金相試樣拋光機(jī)金相試樣的制備是通過切割機(jī)、鑲嵌機(jī)、磨/拋光機(jī)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)。而在實際使用中，對齒輪的性能要求很高。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。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(qiáng)化。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。由于離子的轟擊，工件表面產(chǎn)生原子濺射，因而得到凈化，同時由于吸附和擴(kuò)散作用，氮遂滲入工件表面，離子滲氮裝置見圖一[24]。在等離子區(qū)強(qiáng)電場作用下，氮和氫的正離子高速向工件表面轟擊。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。當(dāng)強(qiáng)度較高時，采用較低的回火溫度，反之選用較高的回火溫度。最終熱處理調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火[23]?；w材料為40Cr，氮源為氨氣 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(xì)化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。第二章 實驗內(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。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。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。氮化周期長，一般幾十甚至上百小時、成本高、氮化層較薄，、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。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。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。滲碳：滲碳是目前應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法。針狀或魚骨狀氮化物增加滲層脆性。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。對抗蝕氮化的工件可再進(jìn)行一次氮化。表面氧化一般沒有什么影響，對要求高的零件可再進(jìn)行一次3h的氮化處理，因氨分解的氫使工件表面上的氧化物還原，從而使氧化色消除。對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。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。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，零件彼此間距太小；綁扎鐵絲上的鋅或鍍錫層（防止?jié)B氮）流淌到氮化面上，補救辦法是重新進(jìn)行氮化。如表面硬度很高，補充氮化溫度可高些，時間則可短些；反之，則應(yīng)用較低的溫度，保溫時間按具體情況而定。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(yán)格控制溫度、時間、氨分解率等工藝參數(shù)。補充氮化的工藝是510℃、10h氮化，氨分解率20%～30%。例如，合理確定和控制氮化工藝溫度；加強(qiáng)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(jìn)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。最外層出現(xiàn)的ε脆性相應(yīng)磨去，合格的心部組織應(yīng)為回火索氏體組織（調(diào)制處理），不允許有大量游離鐵素體存在[18]。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。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。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]。由于氮化層組織較細(xì)呈現(xiàn)瓷狀斷口而心部組織較粗呈現(xiàn)塑性破斷的特征，因此能直接測出滲氮層的深度。其測量方法有斷口法、金相法、硬度法三種。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。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(yán)重脆裂通常2級合格，5級不合格。為避免載荷過大壓穿氮化層，以及載荷過小使測量不準(zhǔn)確，可根據(jù)氮化層深度選擇負(fù)荷，見表一：表一：測量滲氮層表面硬度計負(fù)荷選用表滲氮層厚度/mm洛氏表面硬度計負(fù)荷/kN維氏硬度計負(fù)荷/kN﹤≤147≤147～≤294≤294＞588588滲氮層的脆性檢驗滲氮層的脆性是根據(jù)維氏硬度計壓頭的棱錐在工件表面上的壓痕形狀來評定[16]。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。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。因此從疲勞強(qiáng)度看。滲氮層越厚，疲勞抗力越大[14]。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。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。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(qiáng)化效果。離子氮化：工件裝爐→抽真空（10pa）→接通電源（通入少量氣體起輝濺射，用輕微打弧除去工件表面贓物）→增加氣體流量→工件保溫（130~1060pa）→關(guān)閉閥門，切斷電源→降溫（200℃）→出爐 硬度和耐磨性工件經(jīng)滲氮后表面具有高的硬度，如38CrMoAlA鋼工件滲氮層硬度可達(dá)1200HV，遠(yuǎn)高于滲碳層表面的硬度，因此其耐磨性特別好。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。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。(4)ε相。它存在于ωN%=%～%，當(dāng)ωN%=%時，化合物為Fe4N。(3)γ′相。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(dá)到最大值，ωN%=%。(2)γ相。氮在ɑFe中的間隙固溶體，氮原子在ɑFe晶格中位居八面體間隙[12]。鐵和氮在不同條件下可以形成五個相。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)。鍛坯→預(yù)先熱處理→切削加工→離子氮化→精加工（一般不需要）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]。（3）裝配時涂高強(qiáng)度螺紋鎖固劑，螺紋鎖固劑可用于沖擊的螺紋件的鎖固，通過改進(jìn)與承受強(qiáng)烈振動，有效地防止了螺紋松動現(xiàn)象。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(qiáng)度螺栓[10]。 ㈠加強(qiáng)裝配的控制（1）在裝配時加強(qiáng)嚙合間隙的控制，調(diào)整螺旋傘，并且用塞尺驗。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；缺少高級技工；缺少具有國際化視野的復(fù)合型管理人才[8]。第四、產(chǎn)業(yè)集中度不高。第三、自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。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。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。進(jìn)口產(chǎn)品幾乎都是高檔數(shù)控機(jī)床（包括成套生產(chǎn)線）。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。4 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。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，通過提高齒面的硬度辦法來提高齒面的抗點蝕能力。疲勞裂紋不斷延伸，擴(kuò)展，最終使小塊金屬脫落，形成了小凹坑。3 齒面嚴(yán)重點蝕齒面疲勞是造成齒面的嚴(yán)重點蝕的重要原因。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。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]。2 齒面磨損磨損失效在齒輪的失效中占的比重很大。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]。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。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=.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]。提高齒輪抗彎曲疲勞能力，可以采用提高齒輪造精度的方法，如對齒的根部進(jìn)行磨削加工工藝，降低因加工刀痕所造成的應(yīng)力集中，留有足夠的過渡圓，可有效減小應(yīng)力集中，避免齒輪因接觸應(yīng)力過大而疲勞失效。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。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)。除材料本身性能外，還可依靠齒輪的表面強(qiáng)化處理來實現(xiàn)。但由于選材和加工工藝的不同，齒輪的硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性差異很大。各行業(yè)對于齒輪加工機(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。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[3]。隨著世界經(jīng)濟(jì)的增長，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，2009年受金融危機(jī)影響，齒輪機(jī)床行業(yè)的生產(chǎn)和消費都出現(xiàn)嚴(yán)重下滑。從2002年開始，中國已連續(xù)8年成為世界第一大機(jī)床消費國和第一大機(jī)床進(jìn)口國。雖然金融危機(jī)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。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)。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。裝備制造業(yè)的發(fā)達(dá)程度是衡量一個國家工業(yè)化階段的重要標(biāo)準(zhǔn)，而齒輪加工裝備業(yè)又是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，是“支柱的支柱”。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(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。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。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。隨著齒輪加工機(jī)床需求的增加，近年來涉及齒輪加工機(jī)床制造的企業(yè)也日益增多。 wear resistance。 microstructure。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。本實驗采用離子氮化工藝，然后利用金相顯微鏡、顯微硬度計、X射線衍射儀對原始試樣的表層和滲氮層的成分，顯微組織，硬度及摩擦系數(shù)進(jìn)行測定、分析、比較。離子滲氮對機(jī)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(jī)床制造的企業(yè)也日益增多。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。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