一种用于齿轮表面强化的复合表面处理方法与流程

本发明涉及齿轮处理技术领域，尤其涉及一种用于齿轮表面强化的复合表面处理方法。

背景技术：

激光淬火工艺是将一束高能量的激光光束照射在待淬火的金属表面，瞬间使其表面被照射区域温度升至相变温度，并通过空气冷却使得表面产生高硬度淬火组织的热处理工艺。当前，激光淬火工艺作为一种新型的热处理加工工艺，逐渐被应用到生产实践中。相对于传统淬火工艺而言，激光淬火具有以下优点：(1)可以精确控制热处理区域；(2)激光淬火后的工件热变形小；(3)淬火过程中无须冷却液；(4)易于进行较高自动化集成。通过激光淬火处理可以获得晶粒极细的马氏体，位错密度相对于常规淬火更高，硬度相对于传统的淬火可提高约5-10hrc。

现有技术文献的检索发现，姚成武，黄坚等人在《材料热处理学报》2009年，第30期，131-135页发表了“碳钢及合金钢搭接激光淬火回火软化特征”的论文，研究了45钢、cr2mo和w18cr4v钢激光多道搭接淬火试验，结果显示激光淬火后表面都存在搭接区的回火软化现象。陶阳峰，李敏楠等人在《上海工程技术大学学报》2013年，第27期，82-86页发表了“低碳钢激光淬火组织及搭接区软化机理分析”的论文，研究了不同激光功率对其组织和硬度的影响，并对搭接区软化机理进行了计算分析，由于受激光光斑影响，不可避免的存在激光搭接产生回火软化。因此，如何解决激光淬火回火软化的问题，是大面积推广激光淬火工艺应用的关键问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种用于齿轮表面强化的复合表面处理方法，从而提高了齿轮齿面的硬度，以及提高了齿根的残余压应力。

为达到上述目的，本发明提出一种用于齿轮表面强化的复合表面处理方法，包括：

步骤1：对齿轮进行预处理和清理；

步骤2：对所述齿轮的齿面和齿根表面进行激光淬火处理；

步骤3：对所述齿面和齿根进行喷丸强化复合处理；

步骤4：对所齿轮进行表面硬度及残余应力测试。

优选的，在所述步骤1中，包括以下步骤：

步骤1.1：在所述齿轮的表面进行除油、除锈、清洗和干燥处理；

步骤1.2：在所述齿轮的表面涂覆吸光层。

优选的，在所述步骤2中，包括以下步骤：

步骤2.1：设置激光淬火工艺的参数；

步骤2.2：对所述齿轮的表面进行激光淬火处理。

优选的，在所述步骤3中，包括以下步骤：

步骤3.1：对所述齿轮的表面进行表面进行两次喷丸强化复合处理。

优选的，在步骤4中，包括以下步骤：

步骤4.1：在所述齿轮表面的淬火搭接区以及淬火区选取多个测试点，进行洛氏硬度测试；

步骤4.2：将所述测试结果制成硬度分布云图；

步骤4.3：利用x射线对所述齿轮的齿面和齿根进行残余应力测试分析，制成残余应力分布图。

优选的，在步骤1.2中，在所述齿轮的表面涂覆吸光层，所述吸光层的厚度为200微米，并且所述吸光层在所述齿轮的表面涂抹均匀。

优选的，在步骤2.1中，所述工艺参数包括激光功率、扫描速度、激光搭接率。

优选的，在步骤2.2中，在所述激光淬火处理过程中，保持激光位置不变，转动所述齿轮间隔若干个齿，进行依次处理。

优选的，第二次喷丸强化复合处理的强度为第一次喷丸强化复合处理强度的一般；所述第一次喷丸强化复合处理采用钢丝切丸；所述第二次喷丸强化复合处理采用尺寸较小的陶瓷丸。

优选的，在步骤4.1中，在所述齿轮表面的淬火搭接区以及淬火区选取30个测试点，进行洛氏硬度测试。

与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明所提出的用于齿轮表面强化的复合表面处理方法，可以对风电及汽车齿轮进行表面强化处理，本发明采用采用激光淬火处理和喷丸复合处理，避免了激光淬火回火软化问题，同时提高了齿根的残余压应力，以及齿轮齿面的硬度值，两者综合协调作用显著的提高了齿轮表面性能。

附图说明

图1是实例1中qt700齿轮多道激光搭接后表面硬度云图。

图2是实例1中qt700齿轮多道激光淬火和二次喷丸强化后表面硬度值。

图3是实例1中qt700齿轮激光淬火以及激光淬火和二次喷丸复合处理残余应力分布云图。

图4实例1中qt700齿轮激光淬火以及激光淬火+二次喷丸复合处理残余应力深度分布。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

本发明提出一种用于齿轮表面强化的复合表面处理方法，包括：

步骤1：对齿轮进行预处理和清理；

步骤1.1：在齿轮的表面进行除油、除锈、清洗和干燥处理；

步骤1.2：在齿轮的表面涂覆吸光层。

步骤2：对齿轮的齿面和齿根表面进行激光淬火处理；

步骤2.1：设置激光淬火工艺的参数；

步骤2.2：对齿轮的表面进行激光淬火处理。

步骤3：对齿面和齿根进行喷丸强化复合处理；

步骤3.1：对齿轮的表面进行两次喷丸强化复合处理。

步骤4：对表面处理后的齿轮进行表面硬度及残余应力测试。

步骤4.1：在齿轮表面的淬火搭接区以及淬火区选取多个测试点，进行洛氏硬度测试；

步骤4.2：将测试结果制成硬度分布云图；

步骤4.3：利用x射线对齿轮的齿面和齿根进行残余应力测试分析，制成残余应力分布图。

在本实施例中，在步骤1.2中，在齿轮的表面涂覆吸光层，吸光层的厚度为200微米，并且吸光层在齿轮的表面涂抹均匀。

在本实施例中，在步骤2.1中，工艺参数包括激光功率、扫描速度、激光搭接率。

在本实施例中，在步骤2.2中，尽量避免同一个齿两面连续扫描散热不及时引起回火，在激光淬火处理过程中，保持激光位置不变，转动齿轮间隔若干个齿，进行依次处理。

在本实施例中，第二次喷丸强化复合处理的强度为第一次喷丸强化复合处理强度的一半；第一次喷丸强化复合处理采用钢丝切丸；第二次喷丸强化复合处理采用尺寸较小的陶瓷丸。

在本实施例中，在步骤4.1中，在齿轮表面的淬火搭接区以及淬火区选取30个测试点，进行洛氏硬度测试。

下面将结合实验数据的，通过具体的实施例对本发明的技术效果做出进一步阐述：

(1)qt700齿轮材料清理及预处理

具体为采用酒精对齿轮表面进行清洗处理3次并干燥；随后涂覆自制的吸光涂料，厚度约为200微米，并保持涂覆均匀。

(2)qt700齿轮齿面及齿根表面激光淬火处理

对qt700齿轮进行表面淬火，激光功率在1200w～1500w之间，扫描速度在6-10mm/s，搭接宽为1-2mm；为了避免淬火时回火问题，每隔13个齿进行激光淬火处理一个。

(3)qt700齿轮齿面及齿根喷丸强化复合处理

对qt700齿轮齿面及齿根表面激光淬火处理后对其进行表面喷丸强化处理，喷丸设备为气动式喷丸机，喷丸参数为：一次喷丸丸料为0.6mm直径钢丝切丸，喷丸强度为0.5mma；二次喷丸丸料为0.3mm直径陶瓷丸，喷丸强度为0.25mma.其硬度值见图1.

(4)qt700齿轮齿面及齿根表面硬度及残余应力测试

对qt700齿轮齿面及齿根激光淬火以及激光淬火+二次喷丸强化之后的表面硬度进行测试见图2；利用x射线应力分析仪对其激光淬火+二次喷丸后的残余应力表面以及沿深度分布，结果见图3,以及图4.

测量结果表明，通过激光淬火+二次喷丸强化处理后的齿轮表面，硬度及残余应力测试结果显示，通过激光与喷丸复合处理后qt700齿轮表面硬度值残余应力值在提升的同时均匀性也提高。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。