大马力推土机终传动齿轮遭受重载荷,请求高的接触疲惫强度和齿根曲折强度。经由过程测试分析,选择应用包管淬透性脱气22CrNi2MoNbH,并肯定了渗碳、淬火热处理工艺,从而达到图样各项设计指标请求。
美国卡特D6D、D7G履带式推土机在一般工况前提下的设计寿命为10000h,该公司临盆D9H推土机设计应用寿命25000h,具有高的性价比。重要件、关键件(变速箱、终传动)的应用寿命也应达到或跨越整机的设计寿命。开辟新产品所应用齿轮大部分采取渗碳淬火热处理来达到进步寿命。齿轮寿命重要取决于原材料冶金质量、热处理工艺及达到成果、齿轮加工精度。
大马力推土机终传动的齿轮请求传动重载荷,受空间影响,齿轮的尺寸小,模数大。设计请求小齿轮轴(模数12mm、齿数12、分度圆直径144mm、齿宽124mm)外面硬度60~64HRC、硬化层深度2.2~2.8mm、齿根硬化层深度1.5mm以上、心部硬度269~388HB,本来应用20CrMoH钢,经渗碳淬火后,心部硬度低,达不到设计请求。经由过程查找材料分析、研究,认为肯定应用22CrNi2MoNbH钢进行试制。
1、成分及淬透性测试与分析
齿轮的抗曲折疲惫才能、抗接触疲惫才能、齿轮的啮合精度三概略素,决定了齿轮的寿命。根据GB/T5216—2004《包管淬透性构造钢》请求,国内载重齿轮选用20CrNi2MoA、20CrNi2MoH钢材,对于载重齿轮为了进步心部硬度,要进步齿轮材料的碳含量,一般控制碳含量在0.20%~0.25%(质量分数,下同),比20CrNi2MoH钢的0.17%~0.23%稍高。而含碳量过高,使得齿轮渗碳淬火畸变大。Ni、Mo合金元素具有很强的抗氧化才能,Cr元素次之,Mn元素抗氧化才能弱,Si元素最弱。假如渗碳炉中氧势比较高,在高温渗碳过程中,氧原子经由过程晶界扩散到齿轮外面,将使易氧化的合金元素变成氧化物,损掉合金化才能,降低渗碳层的淬透性;齿轮淬火后外面非马氏体组织超标,接触疲惫强度降低,是以在齿轮钢中进步抗氧化的Ni、Mo合金元素含量。
在钢中参加微合金元素Nb,Nb能与N、C结合,形成氮化物、碳化物,可明显进步再结晶温度,阻拦奥氏体晶粒的长大,从而细化晶粒,改良材料的机能。钢材经由过程脱气处理,使得非金属搀杂物的尺寸减小,级别进步,可以或许明显进步齿轮接触疲惫强度。钢材达到淬透性带的宽窄、大小影响齿轮的热处理畸变以及齿轮的心部硬度,淬透性带要比标准请求范围小得多,这主如果钢材的冶炼质量进步,化学成分控制严格,波动小的成果。推敲齿轮在渗碳及淬火过程中的畸变,20CrMoH、22CrNi2MoNbH钢按美国C型缺口式样经渗碳、淬火后,测得的平均畸变率d分别为3.89%、2.54%[3]。对于模数是12mm的齿轮,平日淬透性值以J9的大小最为关键,J9=30~42HRC比较合适,当J9>42HRC时,材料在渗碳淬火后,不仅畸变量大,并且在应用过程中易产生脆性断裂。淬透性带越窄越好,便于降低热处理畸变。参考日本小松公司应用SNCM420H-K钢材,并与抚顺特钢公司肯定为22CrNi2MoNbH钢,经由过程电炉冶炼并进行炉外脱气精华精辟。
2、热处理工艺参数肯定
2.1、齿轮的工序流程
锻造毛坯—毛坯等温退火—初精加工齿轮—齿轮渗碳—高温回火—齿轮加工(螺纹)—齿轮淬火—齿轮低温回火—精磨齿轮。
2.2、热处理工艺
文献对含Nb的20CrNi2Mo钢分别进行880、900、920、940、960℃温度下保温1h后淬水,之后测奥氏体晶粒度,在920℃之前晶粒度无变更,940及960℃晶粒有长大,在920℃保温10h后晶粒没有产生明显的长大,晶粒度为8~9级。
2.3、实验成果
毛坯经等温退火后的硬度为156~207HB,齿坯具有优胜的切削加工机能,可以或许削减刀具的磨损,延长刀具的寿命。还有稳定渗碳淬火时的畸变。齿轮渗碳及淬火在易普森多用炉中进行的。经长时光渗碳后,请求达到渗碳深度2.4~3.0mm,用维氏硬度计进行检测,达到2.6mm,按550HV处的碳浓度w(C)=0.4%,测得外面碳浓度。
3、结论
1)22CrNi2MoH钢的化学成分、淬透性、搀杂物及晶粒度等指标知足大型重载齿轮的设计请求,其制造齿轮各项内涵质量指标达到重载齿轮的质量请求。
2)22CrNi2MoH钢经920℃×30h渗碳,在840℃淬火、180℃低温回火后,晶粒度没有异常长大,其工艺是可行的。
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