【摘 要】
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随着船舶及海洋工业的发展,大型船舶等海洋运输平台对传动系统的性能要求愈发严苛,齿轮作为船舶传动系统的关键部件,其表面强化层的性能与强化技术还有待进一步提升。而多种表面强化技术的耦合,是表面技术发展的新趋势。本文将超音速微粒轰击表面纳米化技术、稀土离子注入技术、真空渗碳技术、Cr/Zr/Ti-N双离子注入技术等多种强化技术耦合。实现齿轮钢18Cr2N4WA表面的多技术耦合强化。研究结果表明:采用超音
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随着船舶及海洋工业的发展,大型船舶等海洋运输平台对传动系统的性能要求愈发严苛,齿轮作为船舶传动系统的关键部件,其表面强化层的性能与强化技术还有待进一步提升。而多种表面强化技术的耦合,是表面技术发展的新趋势。本文将超音速微粒轰击表面纳米化技术、稀土离子注入技术、真空渗碳技术、Cr/Zr/Ti-N双离子注入技术等多种强化技术耦合。实现齿轮钢18Cr2N4WA表面的多技术耦合强化。研究结果表明:采用超音速微粒轰击表面纳米化-稀土离子注入复合前处理改性技术,可在试样表面制备一种在厚度约为75.1μm的细晶层上分布着深度为100nm左右的La元素掺杂层的复合改性层。复合改性层晶粒尺寸分布在10～80nm,表面硬度升高至45.3HRC,残余应力增加至-598MPa。稀土离子注入引入的La元素以氧化物和氢氧化物的形式存在。复合前处理改性后在925℃下真空渗碳,制备复合前处理改性渗碳层。复合前处理改性渗碳层的物相组成仍为马氏体、残余奥氏体和碳化物,并且部分板条马氏体转变为细小片状孪晶马氏体。复合前处理改性虽然没有改变渗碳层的物相结构及组成,但是改善了渗碳层质量和性能,将渗层表面晶粒细化了49.4%,并且将渗碳层厚度增加24.7%,复合前处理改性渗碳层表面硬度提升至65.7HRC,耐磨性提升50%。采用Cr/Zr/Ti-N双离子注入技术,在复合前处理改性渗碳层表面形成富含CrN、ZrN、TiN等纳米硬质陶瓷相的薄层,并且离子注入过程可引起辐射损伤和晶格畸变从而进一步提升渗碳层表面硬度、摩擦学性能、滚动接触疲劳等性能。试验结果表明,Cr-N双离子注入对渗碳层性能的改善效果最显著,Cr-N双离子注入后渗碳层纳米硬度增加38.9%,常温干摩擦条件下,耐磨性提升66.7%,滚动接触疲劳寿命提升10%以上。
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