齿轮激光淬火技术替代常规渗碳工艺

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齿轮激光淬火强化技术

齿轮激光淬火强化技术冯荣元摘要　齿轮激光相变强化具有弥散强化、畸变强化、无氧化脱碳、独特的抗疲劳机理和等强工作层等强化机制,使齿轮既有高硬度又有高强度,大大提高疲劳性能和耐磨性能,而且没有粗晶、分层、齿根应力集中等工艺隐患,避免偶然失效。

采用轴向分齿扫描,根据齿轮模数选择适当的激光参数,尤其适合模数m≥4的大、中型齿轮。

关键词:齿轮　激光强化　工艺中图分类号:T H16　文献标识码:B　文章编号:1671—3133(2005)02—0132—031　传统齿轮热处理工艺及其质量特点1)表面淬火　表面淬火最常用的有高频淬火和火焰淬火。

一般机床齿轮选用中碳钢经高频淬火处理,所得到的硬度、强度及韧性可满足要求,且具有不易氧化、脱碳和变形小、生产率高等优点。

大模数齿轮(m>4),多采用逐齿加热淬火法,小模数齿轮一般采用整体加热淬火法。

生产现场简易条件下采用火焰淬火,也有一定使用效果。

此工艺最大弱点是齿根容易应力集中,使用中容易发生断齿,且由于高频线圈不可能做到完全和齿形吻合,造成齿面硬度分布不均。

2)化学热处理　汽车、拖拉机等大载荷高速齿轮为了使基体具有强韧性能而齿面耐磨,采用低碳钢表面渗碳后淬火、回火,或采用中碳钢整体调质处理后表面渗氮等化学热处理。

此类工艺目前虽可满足使用性能要求,但工艺流程长、能耗高、成本高,且造成环境污染。

此外,渗碳处理的齿轮变形大,加大后期精加工工作量;渗氮处理的齿轮在使用中有剥落现象。

3)整体调质处理　齿轮轴和大载荷中、低速大型齿轮采用调质处理,防止脆断是一项重要指标,为了用同一种工艺满足多方面性能要求,采用高淬透性材料进行调质处理,确保轴和基体在重载荷下不发生脆断,这一兼顾性工艺,牺牲了齿面的硬度,降低了耐磨性。

2　激光相变强化的特点激光相变强化是用激光束扫描工件,使工件表层快速升温到AC3临界点以上,受热层在光斑移开时,由于工件基体的热传导作用使温度瞬间进入马氏体区或贝氏体区,发生马氏体相变或贝氏体相变,完成相变强化过程。

齿轮渗碳淬火热处理变形原因与改进技术

齿轮渗碳淬火热处理变形原因与改进技术摘要】齿轮是常见的机械零部件，其啮合传动力学在汽车、轮船等机械产品中广泛应用。

齿轮的重要作用不言而喻，但在齿轮的具体使用当中会存在齿轮失效的现象，此种现象的出现大部分是由于齿轮长期使用后磨损、折断所导致的。

齿轮的生产主要以渗碳淬火热处理的加工方式进行批量生产，但此种生产方式容易导致齿轮变形，不利于齿轮的批量成产与成本投入。

为保障齿轮的生产质量文章对齿轮渗碳淬火热处理技术进行分析，找寻齿轮变形原因并提出相关的改进措施，以供行业参考。

【关键词】渗碳淬火热处理齿轮渗碳淬火是当下齿轮生产中的重要工艺流程，渗碳淬火能够使齿轮的耐磨性能更加稳定。

渗碳淬火属于热处理技术，其具体工作开展分为多种形式，但渗碳淬火过程较为复杂，导致齿轮在淬火后容易发生变形。

齿轮变形属于齿轮制作过程中的常见问题，极大的影响了齿轮的使用质量，齿轮在机械中应用广泛，如何提高齿轮质量，改进工作技术成为当下技术研究的重点。

一、齿轮及渗碳淬火热处理工艺分析1.1齿轮结构从大部分的齿轮结构来讲，齿轮的整体结构呈现对称性，其制作材料主要包含调质钢、渗碳钢、合金钢等多种材料，制作完成的齿轮中间多为空心、内外径较大、齿轮壁较薄，渗碳淬火需要进行高温加热，以此齿轮容易发生变形现象。

1.2渗碳淬火热处理工艺齿轮的渗碳淬火热处理工艺较为复杂，包含直接淬火低温回火、预冷直接淬火低温回火、一次加热淬火低温回火、渗碳后感应加热淬火低温回火等多种工艺。

以20CrMnTi齿轮为例，首先要将齿轮要放置在炉温为920℃的渗碳淬火炉中进行长达3小时的渗碳处理，其次将渗碳炉的温度调至860℃，在保持50分钟的恒温状态后进行淬火出炉。

最后，使用淬火液处理，进行2小时的低温回火，在低温回火的过程中回火炉的温度应当保持在160℃。

在进行渗碳淬火热处理时，要注意四只齿轮在全过程当中要保持平放状态。

1.3齿轮渗碳淬火热处理后导致变形的因素在齿轮进行渗碳淬火热处理前后分别对齿轮的直径、公法线进行测量，发现在经过热工艺处理后，齿轮的内外直径与公法线均发生了变化。

齿轮的激光热处理技术与应用_金荣植

摘要：作为一种新型的表面强化技术，齿轮激光热处理克服了传统热处理的缺点，获得了理想的硬度和硬化层分布，齿轮耐磨性能大大提高，使用寿命延长，淬火变形微小，齿轮精度等级不受影响，齿面不需要研磨，可以代替渗碳、渗氮等表面化学热处理和感应热处理等传统工艺，生产成本低，生产效率高，目前已广泛应用于矿山、冶金、船舶、风能发电及工程车辆等多种行业各类齿轮的表面硬化处理，取得了显著效果。

关键词：齿轮激光热处理应用中图分类号：TG162.73；TG155.2+5 文献标识码：B齿轮的激光热处理技术与应用哈尔滨汇隆汽车箱桥有限公司金荣植1 齿轮的激光热处理技术及其优点1.1 齿轮的激光热处理技术激光淬火是以高能量密度（103~105 W/cm2）的激光束快速照射零件表面，使其硬化层部位瞬间吸收光能而立即转化为热能，使激光作用区温度急剧上升达到材料的相变点以上，形成奥氏体。

此时零件基体呈冷态，与加热区之间有极高的温度梯度。

一旦停止激光照射，其加热区因急冷而发生直接冷却淬火，使金属表面的奥氏体转变成马氏体。

而这种马氏体组织十分细小，具有比常规淬火更高的组织缺陷密度。

由于冷速极快（104~109 ℃/s），碳原子来不及扩散，因此马氏体含碳量较高，残余奥氏体也获得较高的位错密度，使材料具有畸变强化效果，从而显著提高了零件表面的耐磨性。

同时，硬化层内残留有相当大的压应力，又显著增加了零件表面的疲劳强度。

利用这一特点对零件表面实施激光淬火，可以显著提高材料的耐磨性能和抗疲劳性能。

齿轮激光表面强化是一种新型的表面强化技术，通过多年的改进和发展，克服了渗碳（碳氮共渗）、渗氮及感应热处理等传统热处理工艺存在的硬化层分布不均、变形大等缺点，适合于多种材质、不同几何参数和尺寸的齿轮。

我国从20世纪80年代就开始齿轮激光淬火的研究，同时研制了多种激光淬火设备，现已成为一项实用并极有发展前景的高新技术。

目前，齿轮激光热处理技术主要应用如下。

齿轮井式炉渗碳淬火

齿轮井式炉渗碳淬火
齿轮井式炉渗碳淬火，是一种广泛应用于金属材料加工领域的热处理技术。

这种技术以其高效、高质、高精度的特点，成为诸多金属加工企业中的常规使用技术。

在齿轮井式炉渗碳淬火技术中，炉子中的工件会先进行酸洗、清洗等预处理工序，在加热至适当温度后，会向熔融的淬火渗碳介质中进行浸泡处理，再进行冷却。

这种处理方式可以使工件表面产生一层高硬度、高耐磨的淬硬层，提升工件的使用寿命和性能。

与传统的热处理技术相比，齿轮井式炉渗碳淬火技术有以下优势：
1. 高处理效率，可以在短时间内完成处理。

2. 处理后的工件表面硬度高，耐磨性能好，可以提升工件使用寿命。

3. 处理精度高，可以满足高精度要求的工件热处理需求。

4. 渗碳过程中不会产生氧化，不会对工件表面造成污染和损伤。

5. 渗碳液的再生利用率高，可以降低处理成本。

总之，齿轮井式炉渗碳淬火技术在金属材料加工领域中有着广泛的应用前景，可以提升金属材料的使用性能和寿命，同时也具有高效、高精度等优点。

关于激光淬火技术在汽车变速箱齿轮上的应用

在齿轮运作中，产生最大剪应力的位置直接影响着齿面点蚀的起源深度和裂纹的方向，齿面表层下最大剪应力Ｚ４５。ｍａｘ值的大小是材料发生剪切破坏的主要原因。在啮合齿面上，单元受力体上所受的应力主要来源于传递载荷受到的垂直于齿面的正压力１和表面的残余压应力ａ
加热的速度快，会形成一个局部的 “ 加热层” ，在这个 “ 加热层”中，温度从表面到内部呈明显下降的分布状态。当激光加热结束时，材料的内
部与表面的温差极大，此时的材料除 “ 加热层”外就相当于是一个天然的“ 冷却介质” ，冷却是由内及表的， “ 加热层” 里层温度低，但靠近 “ 冷却介质” ，冷却速度快，反之表层离 “ 冷却介质”较远，冷却的速度慢，也即是材料此时冷却的速度值由表及里是呈梯度上升的，而在加热和冷却的双重作用下，材料硬化层的硬化值会保持基本平稳，且不易产生变形。因此经激光淬火的齿轮表面硬度的分布较为均匀，而芯部由于没有被加热到而保持材料的初始硬度，这就形成了表面硬度高，芯部韧性好
关于激光淬火技术在汽车变速箱齿轮上的应用
杨静辽宁工程职业学院辽宁铁岭
１１２００８
【摘要】作为汽车传动系统中一个重要组成部分，齿轮是实现动力传递和运动传递的基础，因此汽车变速箱齿轮热处理工艺一直是人们研究的热点。传统的渗碳淬火、高频感应淬火等已经不能满足现代汽车的需要，于是激光淬火技术被引用来作为变速箱齿轮的热处理工艺并得到了良好的效果。本文在试验研究的基础上，分析了激光淬火技术的作用机理，并对其提高齿轮疲劳寿命和耐磨性的深层原因进行了阐述。【关键词】激光淬火马氏体疲劳寿命硬化带

齿轮激光淬火工艺及性能研究

维普资讯
２２月０年９０
农业机械学报
第３卷第５３期
齿轮激光淬火工艺及性能研究
＊
周建忠
杨继昌
【要】采用快速轴流Ｃ激光器的低阶光束模式和轴向分齿扫描方式，一次扫描整个齿廓，获得沿齿摘Ｏ可并廓理想分布的硬化带形状。在优化工艺参数的基础上，２ＣＭｎｉ轮进行激光淬火，理结果为：面为细针对０ｒＴ齿处表状马氏体组织，度为ＨＲ１硬化层深为０６ＩＩ，硬化层深度上的硬度分布几乎无变化梯度，有效地提高硬Ｃ６，．ＩＩ且ＴＴ可齿轮的耐磨性和接触疲劳强度。齿面的激光淬火解决了常规齿轮渗碳工艺中存在的变形难题，省去后面的磨齿可工序，低生产成本。降叙词：轮齿激光淬火扫描硬度
ｏｈｒｃｓｅｅｏｔｍｉｅＯｍａｅｔｅｇａｏｓｓｕｆｃａｄｅｓｏｆｔｅｐｏｅｓｗｒｐｉｚｄｔｋｈｅｒｐｓｅｓａｓｒａｅｈｒｎｓｆＨＲＣ６，ａｄａ１ｎｎ
ｕｎｉｏｒｔｓｒｂｕｉａｄｎｄｌｙｅｆｍｉｙｄｉｔｉｔｎｇｈｒｅｅａｒ０．６ｍｍｎｄｐｔｉｅｈ．Ａｔｕｔｒｆａｉｕｌｒｍａｔｎｉｅｗａｓｒｃｕｅｏｃｃａｒｅｓｔｓｏｂａｎｅｉｔｓｕｆｃｌｙｒ，ＳｔｗｅｒｅｉｔｎｅｔｉｄｎｈｉｓｒａｅａｅＯｈｅａｒｓｓａｃｐｒｐｅｔｅａｃｏｒｉｓｎｄｏｎｔｃｆｔｇｕｅｉｅａｔａｉｌｆｏｆ２ＣｒｎＴｉｇｅｒｃｕｌｅｉｐｒｖｄ．Ｔｈｅｕｌｓｈｏｄｔｔｕｉａｅｅｎｈｉｆｇｅｒａ０Ｍａｏｄｂｍｏｅｅｒｓｔｓｗｅｈａｓｎｇｌｓｒｑｕｃｎｇｏａｓｃｎｎｏｎｌｍｐｒｖｅｐｒｔｏｙｉｏｏｄｕｔｖｔｎｄｒｄｕｃｏｔｂｕｔａｓｅｌｃｈｅｔａｉｉａａｅｈａｄｅｎｇｆｒｃｉｉｙａｅｅｃｓｌｏｒｐａｅｔｒｄｔｏｎｌｃｓｒｎｉｏｓｍｅｅｒｏｆｏｇａｓｐａｔｃｌｍａｅｉ１Ｌａｅｈａｄｅｉｔｃｉｕｅｆｒｉｕａｒｔｒａ．ｓｒｒｎｎｇｅｈｎｑｏｇｅｒｏｏｈａｔｔｈａａｉｉｉａｔｓｓｇｎｆｃｎａｌｃｔｏｎｉｄｕｓｒａｒｄｕｔｏｎ．ｐｐｉａｉｎｉｎｔｉｌｐｏｃｉＫｅｒＧｅｒｙｗｏｄｓａｓ，Ｌａｅｒｅｎｇ，Ｓｃｎｎｉｓｒｈａｄｎｉａｎｇ，Ｈａｄｎｅｓｒｓ

激光表面淬火的应用

激光表面淬火在模具制造业中的应用
3、经激光热处理的 GCr15,轴承钢中的位错密度很高 ,而在残留奥氏体中也有同样的位错密度,因此,激光淬火能获得超高硬度。
4、对W18Cr4V高速钢进行激光表面淬火,相变硬化层的硬度峰值为HV946,红硬性比常规淬火高出 80度,经640度回火后硬度峰值达 HV1003，耐磨性比常规热处理
激光表面淬火的应用 5
应用案例
1）发动机缸体（缸套）表面淬火，热轧钢板剪切机刃口淬火，与可使缸体耐磨性提高同等未处理的刃口相比寿命提高一倍左右； 2）钢坯切割锯片齿部淬火，65Mn材料表面硬度达50HRC；
激光表面淬火的应用 5
应用案例
3）机床导轨淬火，大幅度提高表面硬度和耐磨性； 4）齿轮齿面淬火，提高接触疲劳强度及耐磨性； 5）发动机曲轴的曲颈和凸轮部位局部淬火； 6）各种刀具刃口激光淬火。
激光表面淬火在模具制造业中的应用
激光表面热处理是一种周期短，无污染，无噪声的绿色热处理工艺，为提高模具使用寿命创造了有利条件，并取得了较为可观的经济效益。 1）10钢激光淬火，其表面硬度大幅度提高，可以达到HV700，而常规
淬火的低碳马氏体硬度只有380HV；
2）对Cr12模具钢进行激光淬火，晶粒明显细化，经金相分析，该材料原始组织的晶粒度为12级，而经激光淬火硬化后为15级；
提高1～2.8倍，刀具的切削性能提高2倍以上。
课程小结
1.激光表面淬火的优势。 2.激光表面淬火的应用很广泛。
作业布置
1、激光表面淬火有什么优势？作业 2、简述激光表面淬火的应用。
感谢您的观看！
大型齿轮的激光表面淬火
1
激光表面淬火的应用 2
激光表面淬火特别适合高精度要求零件的表面热处理。

激光表面处理技术

( 2) 激光淬火处理后的工件表面硬度高, 通常比
常规淬火硬度高5%~20%, 可获得极细的硬化层组织。
( 3) 由于激光加热速度快, 因而热影响区小, 淬火应力及变形小。一股认为激光淬火处理几乎不产生变形, 而且相变硬化可以使表面产生大于4 000 MPa 的压应力, 有助于提高零件的疲劳强度; 但厚度小于5mm 的零件其变形仍不可忽视。
激光表面熔敷
激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化, 光束移开后自激冷却的一种表面强化方法。
激光表面熔敷特点
( 1) 冷却速度快(高达106 K/s)，组织具有快速
凝固的典型特征； ( 2) 热输入和畸变较小，涂层稀释率低(一
般小于5%)，与基体呈冶金结合；
激光表面处理技术优点
( 5) 通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理较厚的板材；
( 6) 由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的安全，因此要致力于发展安全设施。
激光表面处理技术
美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。
----直升飞机辅助动力装置的行星齿轮 ----飞机主传动装置的传动齿轮用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。 ----采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过 10～20h氮化处理的硬化层还厚，质量优良，几乎无变形。
下优点:
激光表面处理技术优点
( 1) 能量传递方便，可以对被处理工件表面有选择的局部强化；
( 2) 能量作用集中，加工时间短，热影响区小，激光处理后，工件变形小；
激光表面处理技术优点
( 3) 处理表面形状复杂的工件，而且容易实现自动化生产线；

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工业水平上, 元器件的生产不过关 , 导致激光器光学模式不好, 稳定性和可靠性不高 , 不能满足工厂条件下长期稳定地工作, 而进口激光器又价格昂贵; # 由于激光加工涉及到多种学科, 国内缺乏一批高水平的技术力量对激光加工工艺进行综合研究, 并且对激光设备二次开发的研究也得不到深入, 工业界难以看到激光加工的优越性; ∃ 激光加工设备的费用一次性投入较大, 多数单位对其带来的经济效益认识不足 , 致使在使用时较为谨慎; % 国内多数企业对传统热处理工艺带来的工业污染和环境保护不够重视, 而对激光淬火这门清洁工艺的优越性认识不足目前 , 国内从事这方面研究的有长春光学精密机械学院、天津纺织工学院和上海海运学院等单位, 分别就齿轮激光、淬火的激光扫描方式、机理及工艺参数优化等技术进行了研究, 并取得了一定的成果这些单位所开展的齿轮激光淬火研究工作所采用的齿轮模数一般较大( m > = 5) , 且由于实际生产中所采用的激光导光系统和预处理涂层等的不同导致在实验室里得出的工艺参数很难直接在实际批量生产中应用, 即加工工艺参数的可移植性丧失因而研究成果在实用性方面还有不小的差距[ 4~ 10]
1
国内外研究现状
齿轮是机械制造行业中应用广泛的零件为
MM& T ! 的论文, 公布了实验结果 : 对激光表面硬化处理后和经渗碳处理后的 AM S( 美国航空材料规范) 6265 正齿轮的抗胶合寿命与齿的弯曲强度的比较表明 , 激光硬化代替渗碳处理在航空器件中的 AM S6265 齿轮能得到显著的经济效果, 有效硬化深度为 0. 66~ 0. 86 mm, 单件成本降低了 37% ~ 78% [ 1] 八十年代末 , 美国加州机电研究所的 James F Lew is 用 5 kW 激光器对大型花键轴进行激光淬火, 在扫描速度 4. 32~ 7. 62 mm/ s, 光斑直径 6. 35~ 7. 62 mm 的条件下, 获得淬火硬度 HRC59, 深度 0. 762~ 0. 864 mm 的淬硬层[ 2] 美国军方研究所用激光淬火潜水艇、飞机等重载大齿轮 , 解决常规热处理引起齿轮变形过大及噪音问题激光淬火的齿轮包括 AH - 64 直升机辅助动力装置的行星齿轮及飞机主传动装置的传动齿轮由于激光硬化后不需要研磨, 故可大大降低生产成本, 提高生产率 [ 3] 相对而言 , 国内在这方面的研究起步较晚, 远未达到能够工业化应用的程度 , 究其原因主要有以下几点 : ∀ 由于历史原因, 我国激光器及零部件生产水平较低 , 激光器是一种集光、机、电等多种
海光机所研制的黑化溶液 ( 86- 1 型) 处理方法简单, 可直接喷刷在表面, 激光吸收率达 90% 以上而北京朝阳五通激光技术有限公司研制的新型金属化合物涂料对波长为 10. 6 m 的激光有明显的吸收作用 , 能以较小的功率进行激光热处理
第2期
周建忠等
齿轮激光淬火技术替代常规渗碳工艺
于激光器功率和光斑形状的限制, 在进行大模数齿轮激光淬火时, 齿面往往要经 2 次 ( 或 2 次以上) 扫描, 这样就存在扫描带的搭接 . 见图 3, 从理
图 3 齿面搭接扫描 Fig. 3 Scanning o f g ear surface overlap
论上分析, 采用 2 次 ( 或 2 次以上 ) 搭接扫描, 在搭接区靠近第一次扫描的位置附近将出现回火区, 使其表面硬度降低齿面工作时, 点蚀最易发生的位置为节线及节线以下区域 , 应尽可能避免该区域处于回火区因此, 在处理时 , 一般采取用激光束先扫描节线以上, 后扫描节线以下的工艺, 以提高齿
了提高齿轮的承载能力 , 需对齿轮进行表面硬化处理而传统的齿轮硬化处理工艺 , 如渗碳、氮化等表面化学处理和感应表面淬火、火焰表面淬火等存在两个主要问题 : 即热处理后变形较大和不易获得沿齿廓均匀分布的硬化层, 从而影响齿轮的使用寿命激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上 , 随着材料自身冷却 , 奥氏体转变为马氏体, 从而使材料表面硬化采用激光淬火齿面 , 其加热冷却速度很高, 工艺周期短, 不需要外部淬火介质具有工件变形小, 工作环境洁净 , 处理后不需要磨齿等精加工 , 且被处理齿轮尺寸不受热处理设备尺寸的限制等独特优点早在 1980 年, 美国军事技术研究实验处的应用技术实验室就对齿轮的激光硬化调查结果作过一个广播节目报道 , 并由芝加哥伊利诺理工学院研究所承担了齿轮的激光硬化研究项目该所的 Altegot t 同贝尔飞机制造公司的 P at el 合作发表
2000 年 3 月
~ 20% , 即使低碳钢也能提高一定的硬度
组织属于回火马氏体 , 没有可分辨的转变产物或奥氏体所以耐磨性无区别, 抗点蚀疲劳能力接
收稿日期 : 1999- 10- 29 作者简介 : 周建忠 , 男 , 江苏理工大学副教授 , 博士生
40
江苏理工大学学报( 自然科学版)
2000 年 3 月
学科和技术于一体的高科技产品
在我国现有的
对于有些低碳钢材料 , 在其表面用炭黑粉末处理, 在进行激光淬火时可起渗碳作用 2 2 激光扫描方式周向连续螺旋扫描方法是采用光束垂直于齿轮轴线 , 齿轮连续转动, 激光束 ( 或齿轮 ) 轴向移动, 在齿面上形成螺旋状间隔硬化带 , 如图 1 周向扫描时各点入射光线不平行 , 亦即与齿轮对称 2 2 1 周向连续螺旋扫描
41
2 2 2 轴向分齿扫描齿轮激光淬火轴向分齿扫描是利用宽带激光束对齿轮进行激光淬火的扫描方法宽带激光束利用分
面的接触强度
3
齿轮激光淬火的齿面硬度
齿轮工作时 , 齿根为齿轮啮合时产生最大弯
扫描常采用多束光组成一宽带, 激光束沿齿轮轴向移动扫描, 一次可扫描 1( 或 2) 个齿面齿运动转动 1 个齿距后激光束再扫描另外 1 个齿面, 这样逐个进行扫描直至扫完整个齿轮的所有齿面例如美国芝加哥 IIT 研究所对直升飞机齿轮采用 4 束光叠加进行扫描淬火, 获得理想的效果采用多束光叠加会导致光路系统的复杂, 因此国内的研究大多采用单束宽带激光对齿面进行扫描 , 1 次或 2 次扫描 1 个齿面, 逐一分齿, 当齿轮转动 1 圈后, 完成整个齿轮同一侧齿面的淬火工作然后移动激光束 ( 或齿轮 ) 位置 , 用同样方法完成齿轮的另一侧齿面的淬火过程, 如图 2 由曲应力的部位 , 极易产生疲劳裂纹 , 从而导致疲劳断裂. 齿面 ( 渐开线部分 ) 是产生表面接触疲劳强度的部位 . 硬化时需要沿齿形淬硬至一定深度. 理想的齿面硬化层为沿齿形均匀分布, 同时由于心部硬度比表面低, 所以硬化层呈压缩状态, 因而有利于提高齿轮的使用寿命 . 采用激光淬火齿轮, 能获得沿齿面均匀分布的硬化层形状的较高的齿面硬度图 4 为 30CrMoT i 齿轮分别经高频淬火和
H & [ P/ ( D ∋ v ) 1/ 2 ] ( 1 -
( 3)
对于连续扫描方式 , 由于 D 、 v 、在扫描过程中是变化的 , 其综合影响硬化层深, 结果是齿顶部分层深大于齿根部分层深因此在同一激光参数条综上所述 , 采用周件下 , 可能导致齿面已淬硬 , 表面无微熔, 而齿顶却发生了较严重的熔融现象向连续激光扫描淬火齿轮时, 由于激光参数从齿根到齿顶变化呈迭加影响作用, 因而不适合于大模数齿轮 , 一般适合于中小模数齿轮
齿轮激光淬火技术替代常规渗碳工艺
周建忠1 , 张永康1 , 杨继昌1 , 毕瑞2 , 陈奉斌2
( 1 江苏理工大学机械工程学院 , 江苏镇江 212013; 2 中国一拖集团技术中心 , 河南洛阳 471039)
摘
要: 齿轮表面质量的好坏直接影响传动部件的质量和寿命, 为此需对齿轮表面进行强化处
图 4 淬火区硬度曲线 [ 11] [ 11] Fig. 4 Hardness cur ve of quenching area 图 2 轴向分齿扫描 [ 13] F ig. 2 Ax ial scanning of indexing gear[ 13]
激光淬火处理后硬化层的深度和硬度比较 , 从图中可明显看出两者硬度上的差异, 在硬化层深度离表面的距离 X 相同的情况下激光淬火的硬度高于高频淬火的硬度 , 且存在一个明显的硬度下降, 而高频淬火区的硬度整体上呈现缓慢下降的趋势图 5 比较了渗碳钢渗碳和含碳量较高的碳
第 21 卷第 2 期 2000 年 3 月
江苏理工大学学报( 自然科学版) Journal of Jiangsu U niversity of Science and T echnology( Natural Science)
Vol. 21 No. 2 M ar . 2000
图 5 激光和渗碳硬度比较 Fig. 5 Hardness comparison of laser w ith case hardening
钢激光束的硬度的比较从中可以看出激光淬火的硬度要比常规淬火提高 15%
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江苏理工大学学报( 自然科学版)
理, 传统的处理方法如渗碳等存在着诸如变形较大, 硬化层沿齿廓分布不均等缺陷, 从而影响齿轮的使用寿命通过分析可替代常规齿轮渗碳淬火的激光齿面淬火新技术研究的意义及经济价值, 着重讨论了齿面激光淬火的关键技术表面预处理涂层与方法、激光扫描方式比较了激光淬火与渗碳工艺的硬度、硬化层深度及抗点蚀疲劳性能等重要指标火工艺关键词: 齿轮; 激光淬火 ; 扫描 ; 硬化层中图分类号 : T N249; T G156. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1007- 1741( 2000) 02- 0039- 05 了一篇题为直齿圆柱齿轮激光表面硬化结果表明 : 采用激光淬火齿面技术不仅能提高生产率, 降低成本, 而且对于某些材料的齿轮完全能代替渗碳淬