CN103075490B - 一种硬齿面齿轮以及硬齿面齿轮修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硬齿面齿轮，公开了一种硬齿面齿轮包括齿轮主体，在齿轮主体的表面有熔覆层；所述熔覆层包括结合层、过渡层、工作层、加工层；所述结合层位于齿轮主体外表面；所述过渡层位于结合层顶面；所述工作层位于过渡层顶面；所述加工层位于工作层顶面。以及公开了一种硬齿面齿轮修复工艺包括前期处理阶段，预处理硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复要求；修复阶段，使硬齿面齿轮表面形成熔覆层；加工阶段，加工经过修复阶段的硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复标准。本发明提供了一种硬齿面齿轮修复工艺，修复硬齿面齿轮表面的磨损、裂痕、切根断齿，使齿轮齿能完全啮合，降低了齿轮齿啮合的噪音，防止齿轮齿断裂，降低硬齿面齿轮的报废率，降低了生产成本，减少了资源浪费，提高了企业的经济效益和社会效益。

Description

一种硬齿面齿轮以及硬齿面齿轮修复工艺

技术领域

本发明涉及硬齿面齿轮，尤其涉及一种硬齿面齿轮以及硬齿面齿轮修复工艺。

背景技术

硬齿面齿轮通常指一对啮合齿轮的齿面硬度均大于350HBS的齿轮。齿面的承载能力应与齿面硬度有关，硬度越高，则其承载能力也越高。根据齿面硬度的大小，通常人们将齿轮传动分为两类，即硬齿面齿轮和软齿面齿轮。

“FGM-KM-B.U”即弥散强化复合金属梯度功能材料，是一种特种合金系列。这种合金材料系列具有易熔性，易与基材熔合，同时兼有耐磨、耐冲击、耐热疏散应力、抗腐蚀等综合物理性能。合金材料在基材表面被熔合后所形成的合金层，其晶相组织以珠光体、马氏体、奥氏体及双向耐磨合金为主。熔敷合金材料由固态向液态再转化为固态时，基材金属表面氧化物脱氧，并生成低熔点的硼硅酸盐类熔渣浮出，形成保护膜，使熔化的合金与被处理的固态基材金属达到冶金结合。

硬齿面齿轮是一个弹性体，同时是一种磨损件，耐蚀、耐热、耐疲劳性、耐磨性能较差，随着工作时间的推进，硬齿面齿轮表面会磨损，工作时承载着巨大的扭力矩，会在瞬间发生微量弯曲变形，啮合时的微量变形则会直接引起基节误差的影响，使下一对齿顶与齿根发生干涉、发生强烈的冲击，会引起啮合时的噪音。如果扭力矩过，应力集中则会产生新裂纹，甚至造成齿轮齿断裂，甚至造成机械损坏，从而造成较大的经济损失。

现有的工程里面，遇到硬齿面齿轮损坏，多采用直接更换新齿轮的办法，浪费了大量的资源以及成本，在遇到大型硬齿面齿轮损坏时，更换新的齿轮将付出更巨大的经济损失，为社会效益带来了消极影响。

发明内容

本发明的的第一发明目的是为了提供一种更耐磨的硬齿面齿轮。

为了实现第一发明目的，本发明的技术方案是：

一种硬齿面齿轮，包括齿轮主体，在齿轮主体的表面有熔覆层；所述熔覆层包括结合层、过渡层、工作层、加工层；所述结合层位于齿轮主体外表面；所述过渡层位于结合层顶面；所述工作层位于过渡层顶面；所述加工层位于工作层顶面。

可选的，所述结合层金相组织为珠光体组织。

可选的，所述的过渡层的金相组织为马氏体和贝氏体。

可选的，所述的工作层的金相组织为奥氏体。

可选的，所述的加工层的金相组织为铁素体。

通过上述结构，本发明提供的一种硬齿面齿轮，结合层改变了原材质的金相结构，稀释熔敷层中S、P的含量，净化晶介，减少热裂纹和冷裂纹的产生，增强其结合力，可降低熔合区域固熔体中C、Mn的含量，提高了该区域的熔敷性增强其结合力，达到恢复尺寸和逐步过渡强化的目的。

过渡层解决了各成分之间的良好融合，疏散应力增加冲击韧性，防止应力集中而产生新裂纹，防止扭力矩大而断裂，使金属与金属之间熔敷层形成不同强度等级的逐步过渡结合，使恢复尺寸与疏散应力相统一，增加耐热蚀疲劳的金属元素，以满足工况条件的需要和技术要求。

工作层在保证强化金属能耐高应力、有抗磨粒磨损性能的同时，还能保证良好的耐蚀、耐热、耐疲劳性、耐磨性能，从而达到多相改性的目的。在涂层硬化处理时，填充耐冲击韧性、耐磨损的金属元素，达到硬面齿技术要求的处理目的。

加工层的目的是降低硬齿面齿轮修复后的表面硬度，保证机加工的精度和光泽度。

本发明的另一发明目的是为了提供一种硬齿面齿轮修复工艺。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种硬齿面齿轮修复工艺，包括前期处理阶段，预处理硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复要求；修复阶段，使硬齿面齿轮表面形成熔覆层；加工阶段，加工经过修复阶段的硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复标准。

可选的，所述前期处理阶段步骤包括：硬度检测，用以检测硬齿面齿轮硬度是否符合要求；超声波检测，检测硬齿面齿轮表面的缺陷；材质化学元素分析，分析硬齿面齿轮表面不同部位的化学元素差异；粗化处理，便于下一步熔覆层附着；净化处理，去除硬齿面齿轮表面残余杂物。

可选的，所述加工阶段包括铣齿、滚齿、以及磨齿。

本发明提供了一种硬齿面齿轮修复工艺，修复硬齿面齿轮表面的磨损、裂痕，使齿轮齿能完全啮合，降低了齿轮齿啮合的噪音，防止齿轮齿断裂，降低硬齿面齿轮的报废率，降低了生产成本，减少了资源浪费，提高了企业的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

本实施例公开了一种硬齿面齿轮，一种硬齿面齿轮，包括齿轮主体，在齿轮主体的表面有熔覆层；熔覆层包括结合层、过渡层、工作层、加工层；结合层位于齿轮主体外表面；过渡层位于结合层顶面；工作层位于过渡层顶面；加工层位于工作层顶面。

其中，结合层金相组织为珠光体组织，合金主要元素由Cr、C、Mn、Mo、Ni等组成。结合层结合在硬齿面齿轮表面，改变原材质的金相结构，稀释熔敷层中S、P的含量，净化晶介，减少热裂纹和冷裂纹的产生，增强其他层的结合力，可降低熔合区域固熔体中C、Mn的含量，提高了熔合区域的熔敷性，增强熔合区域的结合力，达到恢复尺寸和逐步过渡强化的目的，使其结合力强度达到500N。

其中，过渡层的金相组织以马氏体为主，在马氏体、贝氏体之间变化，合金主要元素由W、Mn、V、N、Cr组成，解决其它各成分之间的良好融合。疏散应力增加冲击韧性、防止应力集中而产生新裂纹，并且防止扭力矩大而断裂，使金属与金属之间熔敷层形成不同强度等级的逐步过渡结合。使恢复尺寸与疏散应力相统一，增加耐热蚀疲劳的金属元素，以满足工况条件的需要和技术要求。

所述的工作层的金相组织为奥氏体为主，合金主要元素由Co、Cr、Ti、Mn、W、Mo等组成，使硬齿面齿轮表面金属能耐高应力，有抗磨粒磨损性能，同时具备良好的耐蚀、耐热、耐疲劳性、耐磨性能；达到多相改性的目的。在涂层硬化处理时，需填充耐冲击韧性，耐磨损的金属元素，并能疏散应力的新材料，达到硬面齿技术要求的处理目的。

所述的加工层的金相组织以铁素体为主。合金主要元素由C、Mn、Si、Ni、Cr等组成，降低硬齿面齿轮表面熔覆层硬度，便于机械滚齿、铣齿、磨齿加工，保证机加工的精度和光泽度。

同时本实施例公开了一种形成上述产品的硬齿面齿轮修复工艺，包括前期处理阶段，预处理硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复要求；修复阶段，使硬齿面齿轮表面形成熔覆层；加工阶段，加工经过修复阶段的硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复标准。

其中，前期处理阶段包括：

清洗工件，清洗除去硬齿面齿轮的油污、锈斑层、疲劳层及不规则的毛刺；

硬度检测，用以检测硬齿面齿轮硬度是否符合要求；

超声波检测，检测硬齿面齿轮表面的磨损及裂痕缺陷，对于裂纹等缺陷用角磨机磨削掉，彻底消除缺陷，使其露出金属光泽面为止；

材质化学元素分析，分析硬齿面齿轮表面不同部位的化学元素差异；

粗化处理，可用磨光机打磨并吹风清扫，使后续修复阶段的熔覆层易于附着，为其完整地达到冶金结合创造条件；

净化处理，用氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（NaCO）、硝酸钠（NaNO），再加合成剂721，消除零件上金属碎屑及残余杂物并用风进行吹扫。

吸收率检测，用碳素墨汁或普通墨汁与交替石墨和721专用的溶液，涂刷或喷敷在待修复的面上，当用激光照射时，产生碳燃烧的烟雾和刺眼的光亮，证明待修复表面的吸收率可达到99%以上。

其中，修复阶段使用FGM-KM-B.U材料，利用离子轰击渗透扩散处理的工艺，使用中频炉将电能转变为热能，利用硬齿面齿轮的阴极或阳极的辉光放电，将FGM-KM-B.U材料的金属元素扩散渗透到硬齿面齿轮金属基体表面，改变硬齿面齿轮表面熔覆层的化学、金相结构，提高硬齿面齿轮表面熔覆层表面性能，借用物理气相沉积PrD，与离子反冲的复合原理使工件或多种不同物质的KM新材料，连续的改变原子结构使其结合部位的界面消失，得到连续平稳变化的耐冲击韧性、耐磨、疏松应力的功能，使硬齿面齿轮熔覆层依次形成结合层、过渡层、工作层、加工层。

其中，加工阶段包括铣齿、滚齿、以及磨齿，并且用常见的酸性和碱性材料，磨削因滚齿、铣齿、磨齿加工对工作层留有的加工余量，同时在装机运转啮合时，提供快速点、线、面的啮合，用以控制硬齿面齿轮振动频幅和降低噪音。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种硬齿面齿轮修复工艺，其特征在于：

包括前期处理阶段，预处理硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复要求；

修复阶段，使硬齿面齿轮表面形成熔覆层；所述修复阶段包括利用离子轰击渗透扩散处理的工艺，利用硬齿面齿轮的阴极或阳极的辉光放电，将FGM-KM-B.U材料的金属元素扩散渗透到硬齿面齿轮金属基体表面，改变硬齿面齿轮表面熔覆层的化学、金相结构，提高硬齿面齿轮表面熔覆层表面性能；借用物理气相沉积PrD，与离子反冲的复合原理使工件或多种不同物质的FGM-KM-B.U材料，连续的改变原子结构使其结合部位的界面消失，得到连续平稳变化的耐冲击韧性、耐磨、疏松应力的功能，使硬齿面齿轮熔覆层依次形成结合层、过渡层、工作层、加工层；

加工阶段，加工经过修复阶段的硬齿面齿轮，使硬齿面齿轮达到修复标准；

所述FGM-KM-B.U材料即弥散强化复合金属梯度功能材料，是一种特种合金材料系列，这种合金材料系列具有易熔性，易与基材熔合，同时兼有耐磨、耐冲击、耐热疏散应力、抗腐蚀性能，合金材料在基材表面被熔合后所形成的合金层，其晶相组织以珠光体、马氏体、奥氏体及双向耐磨合金为主，熔敷合金材料由固态向液态再转化为固态时，基材金属表面氧化物脱氧，并生成低熔点的硼硅酸盐类熔渣浮出，形成保护膜，使熔化的合金与被处理的固态基材金属达到冶金结合。

2.根据权利要求1所述的一种硬齿面齿轮修复工艺，其特征在于：

所述前期处理阶段步骤包括：硬度检测，用以检测硬齿面齿轮硬度是否符合要求；

超声波检测，检测硬齿面齿轮表面的缺陷；

材质化学元素分析，分析硬齿面齿轮表面不同部位的化学元素差异；

粗化处理，便于下一步熔覆层附着；

净化处理，去除硬齿面齿轮表面残余杂物。

3.根据权利要求1所述的一种硬齿面齿轮修复工艺，其特征在于：

所述加工阶段包括铣齿、滚齿、以及磨齿。

4.一种如权利要求1所述修复工艺得到的硬齿面齿轮，包括齿轮主体，其特征在于：

在齿轮主体的表面有熔覆层；

所述熔覆层包括结合层、过渡层、工作层、加工层；

所述结合层位于齿轮主体外表面；

所述过渡层位于结合层顶面；

所述工作层位于过渡层顶面；

所述加工层位于工作层顶面。

5.根据权利要求4所述的一种硬齿面齿轮，其特征在于：

所述结合层金相组织为珠光体组织。

6.根据权利要求4所述的一种硬齿面齿轮，其特征在于：

所述的过渡层的金相组织为马氏体和贝氏体。

7.根据权利要求4所述的一种硬齿面齿轮，其特征在于：

所述的工作层的金相组织为奥氏体。

8.根据权利要求4所述的一种硬齿面齿轮，其特征在于：

所述的加工层的金相组织为铁素体。