CN107675102A - 一种齿轮箱用耐磨齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，本发明的耐磨齿轮采用双组分，A组分用于制备齿轮坯体，B组分用于制备齿轮表面的耐磨层，制备的齿轮耐磨性能强，强度高；稀土金属的加入降低了齿轮的重量，增强了齿轮的结构强度和耐腐蚀性能；耐磨层中碳化钨、碳化钽、氧化铪等的加入提高了耐磨层的机械性能；制备方法工序简单，成本低，采用水冷、风冷和空冷结合的方式进行降温处理，保证了齿轮的结构强度和结构稳定，增强了接触疲劳强度和冲击韧性；耐磨层使得齿轮的结构强度进一步提高，延长齿轮的使用寿命。

Description

一种齿轮箱用耐磨齿轮
技术领域
本发明涉及一种齿轮技术领域，特别涉及一种齿轮箱用耐磨齿轮。
背景技术
齿轮传动是最常见的一种机械传动，它是传递机器动力和运动的一种形式，在机械产品中齿轮已成为不可或缺的传动部件，是机械产品重要基础零部件。齿轮箱是风力发电机组中应用广泛的一个重要的机械部件。其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。
变速箱齿轮经常在高转速、高负荷、转速和负荷不断交变的情况下工作。齿轮除了由于正常磨损外，还会由于润滑油品质、润滑条件不良、操作不当、维修时齿轮装配相互啃合位置不当等原因，均会造成齿轮冲击，轮齿啃合得不好等，都会加速齿轮的磨损和损伤。齿轮是依靠本身的结构尺寸和材料强度来承受外载荷的，这就要求材料具有较高强度韧性和耐磨性；由于齿轮形状复杂，齿轮精度要求高，还要求材料工艺性好。常规齿轮由于通常采用钢材制备而成，制备过程中需要对钢材软态进行加工成型，成型后需要对齿面进行硬化处理以提高耐磨特性延长使用寿命，通常采用调质热处理及渗氮渗碳等表面硬化处理，而该类处理是以牺牲齿面的精度为代价。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种齿轮箱用耐磨齿轮。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种齿轮箱用耐磨齿轮，其组成成分包括组分A和组分B，其中组分A其质量百分比成分为：Fe 75-85％、C 0.30-0.60％、Si 0.15-0.25％、Cr 0.16-0.24％、Zn 1.80-2.00％、Cu 3.00-9.00％、Pt 0.10-0.15％、Ti 3.80-4.00％、Co 0.60-0.80％、Sr 0.01-0.03％、Nb 0.03-0.05％、Ni 2.00-2.50％、W 1.50-2.00％、Mo 0.06-0.08％、Mn 0.50-0.60％、稀土金属0.10-0.20％、S≤0.003％、P≤0.003％、余量为不可避免的微量元素和杂质；
组分B其质量百分比成分为：氮化铝0.25-0.35％、滑石粉0.80-1.20％、碳化硅0.60-0.80％、氧化镁0.40-0.60％、二氧化锰0.40-1.60％、二硫化钼0.80-2.00％、二硅化钼0.80-2.00％、碳化钴0.80-2.00％、氧化镍0.20-1.20％、氧化铪0.03-0.05％、碳化钽0.06-0.08％、石墨粉0.80-2.00％、碳化钨0.20-0.26％、蒙脱土0.60-0.80％、稀土金属0.10-0.20％。
优选地，所述的稀土金属按质量百分比成分为Ce 6-10％、Nd 6-8％、Gd 7-9％、Lu4-6％、Eu 3-5％、Tb 10-12％、Dy 10-12％、Y 2-4％，余量全为La。
优选地，所述的蒙脱土为碳纳米管层蒙脱土。
优选地，所述的碳纳米管层蒙脱土制备方法为将无机蒙脱土、碳纳米管和改性剂按照质量比1:1:1溶于质量分数为50％的乙醇溶液中，混合均匀后加热致60℃，反应1h，利用蒙脱土阳离子交换特性使得碳纳米管表面的阳离子基团进入到蒙脱土层间，制备出碳纳米管改性蒙脱土悬浮液；其中所述的改性剂包括3-十六烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵或乙烯基苯三甲基氯化铵。
优选地，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管。
优选地，所述的齿轮箱用耐磨齿轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取A组分各原料按照上述比例混合得混合粉末，将混合粉末加入熔炉内进行一次熔炼，将温度升至1450-1550℃，保温熔炼8h，使得原料熔化成液体，然后用冷水进行降温至500-600℃形成合金后再风冷至350-400℃，再空冷降温至室温；
(2)将步骤(1)冷却至室温的合金进行再次升温至1500-1600℃进行二次熔炼，形成合金溶液；
(3)将步骤(2)的合金溶液加入球化剂和孕育剂，用薄钢板覆盖在球化剂、孕育剂上捣实，快速进行扒渣，将金属溶液注入到成型模具中，空冷后脱模制得齿轮毛坯；
(4)将步骤(3)的齿轮毛坯于640-660℃加热，保温40-50min，然后风冷以15-20℃/s冷却速率将铸件冷却至380-400℃，再空冷至室温，再次升温至550-560℃，回火35-45min后以25-30℃冷却至350-360℃，再空冷至室温得齿轮；
(5)称取B组分各原料按照上述配比混合，加入原料总量20倍的淬火钢球进行球磨，球磨时间48-60h，施加99.9％以上的高纯氩气，获得混合粉末，过200目筛，加水搅拌，然后加入羟基丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷、稳定剂、增稠剂，以200-300r/min搅拌20-30min得耐磨层混合物；
(6)将步骤(5)的耐磨层混合物覆盖在步骤(4)处理的齿轮表面，进行低温干燥，控制干燥温度为40-50℃，再进行焙烧，冷却后放置在车床上进行精车削工序，进行精铣削齿形得到齿轮成品。
优选地，所述步骤(1)升温速率为25-30℃/s，水冷降温速率为15-20℃/s，风冷降温速率为25-30℃/s。
优选地，所述步骤(2)升温速率为30-35℃/s。
优选地，所述步骤(3)中扒渣前需要球化反应，球化反应的时间40-50s，球化反应后撒一层集渣剂后再进行扒渣。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种齿轮箱用耐磨齿轮，本发明的耐磨齿轮采用双组分，A组分用于制备齿轮坯体，B组分用于制备齿轮表面的耐磨层，制备的齿轮耐磨性能强，强度高；稀土金属的加入降低了齿轮的重量，增强了齿轮的结构强度和耐腐蚀性能；耐磨层中碳化钨、碳化钽、氧化铪等的加入提高了耐磨层的机械性能；制备方法工序简单，成本低，采用水冷、风冷和空冷结合的方式进行降温处理，保证了齿轮的结构强度和结构稳定，增强了接触疲劳强度和冲击韧性；耐磨层使得齿轮的结构强度进一步提高，延长齿轮的使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例进一步详细说明。
表1为本发明实施例所述的齿轮箱用耐磨齿轮A组分成分表；表2为本发明实施例所述的齿轮箱用耐磨齿轮的B组分成分表；表3为本发明实施例所述的稀土金属成本表。
表1.实施例所述齿轮箱用耐磨齿轮A组分成分(单位：％)
表2.实施例所述齿轮箱用耐磨齿轮B组分成分(单位：份)
实施例1 实施例2 实施例3
氮化铝 0.25 0.35 0.30
滑石粉 0.80 1.20 1.00
碳化硅 0.60 0.80 0.70
氧化镁 0.40 0.60 0.50
二氧化锰 0.40 1.60 1.00
二硫化钼 0.80 2.00 1.40
二硅化钼 0.80 2.00 1.40
碳化钴 0.80 2.00 1.40
氧化镍 0.20 1.20 0.70
氧化铪 0.03 0.05 0.04
碳化钽 0.06 0.08 0.07
石墨粉 0.80 2.00 1.40
碳化钨 0.20 0.26 0.23
蒙脱土 0.60 0.80 0.70
稀土金属 0.10 0.20 0.15
表2.实施例所述齿轮箱用耐磨齿轮B组分成分(单位：份)
实施例1
一种齿轮箱用耐磨齿轮，所述的蒙脱土为碳纳米管层蒙脱土。
所述的碳纳米管层蒙脱土制备方法为将无机蒙脱土、碳纳米管和改性剂按照质量比1:1:1溶于质量分数为50％的乙醇溶液中，混合均匀后加热致60℃，反应1h，利用蒙脱土阳离子交换特性使得碳纳米管表面的阳离子基团进入到蒙脱土层间，制备出碳纳米管改性蒙脱土悬浮液；其中所述的改性剂包括3-十六烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵或乙烯基苯三甲基氯化铵。
所述的碳纳米管为单壁碳纳米管。
所述的齿轮箱用耐磨齿轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取A组分各原料按照上述比例混合得混合粉末，将混合粉末加入熔炉内进行一次熔炼，将温度升至1450℃，保温熔炼8h，使得原料熔化成液体，然后用冷水进行降温至500℃形成合金后再风冷至350℃，再空冷降温至室温；
(2)将步骤(1)冷却至室温的合金进行再次升温至1500-1600℃进行二次熔炼，形成合金溶液；
(3)将步骤(2)的合金溶液加入球化剂和孕育剂，用薄钢板覆盖在球化剂、孕育剂上捣实，快速进行扒渣，将金属溶液注入到成型模具中，空冷后脱模制得齿轮毛坯；
(4)将步骤(3)的齿轮毛坯于640℃加热，保温40min，然后风冷以15℃/s冷却速率将铸件冷却至380℃，再空冷至室温，再次升温至550℃，回火35min后以25℃冷却至350℃，再空冷至室温得齿轮；
(5)称取B组分各原料按照上述配比混合，加入原料总量20倍的淬火钢球进行球磨，球磨时间48h，施加99.9％以上的高纯氩气，获得混合粉末，过200目筛，加水搅拌，然后加入羟基丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷、稳定剂、增稠剂，以200r/min搅拌20min得耐磨层混合物；
(6)将步骤(5)的耐磨层混合物覆盖在步骤(4)处理的齿轮表面，进行低温干燥，控制干燥温度为40℃，再进行焙烧，冷却后放置在车床上进行精车削工序，进行精铣削齿形得到齿轮成品。
所述步骤(1)升温速率为25℃/s，水冷降温速率为15℃/s，风冷降温速率为25℃/s。
所述步骤(2)升温速率为30℃/s。
所述步骤(3)中扒渣前需要球化反应，球化反应的时间40s，球化反应后撒一层集渣剂后再进行扒渣。
实施例2
一种齿轮箱用耐磨齿轮，所述的蒙脱土为碳纳米管层蒙脱土。
所述的碳纳米管层蒙脱土制备方法为将无机蒙脱土、碳纳米管和改性剂按照质量比1:1:1溶于质量分数为50％的乙醇溶液中，混合均匀后加热致60℃，反应1h，利用蒙脱土阳离子交换特性使得碳纳米管表面的阳离子基团进入到蒙脱土层间，制备出碳纳米管改性蒙脱土悬浮液；其中所述的改性剂包括3-十六烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵或乙烯基苯三甲基氯化铵。
所述的碳纳米管为单壁碳纳米管。
所述的齿轮箱用耐磨齿轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取A组分各原料按照上述比例混合得混合粉末，将混合粉末加入熔炉内进行一次熔炼，将温度升至1550℃，保温熔炼8h，使得原料熔化成液体，然后用冷水进行降温至600℃形成合金后再风冷至400℃，再空冷降温至室温；
(2)将步骤(1)冷却至室温的合金进行再次升温至1500-1600℃进行二次熔炼，形成合金溶液；
(3)将步骤(2)的合金溶液加入球化剂和孕育剂，用薄钢板覆盖在球化剂、孕育剂上捣实，快速进行扒渣，将金属溶液注入到成型模具中，空冷后脱模制得齿轮毛坯；
(4)将步骤(3)的齿轮毛坯于660℃加热，保温50min，然后风冷以20℃/s冷却速率将铸件冷却至400℃，再空冷至室温，再次升温至560℃，回火45min后以30℃冷却至360℃，再空冷至室温得齿轮；
(5)称取B组分各原料按照上述配比混合，加入原料总量20倍的淬火钢球进行球磨，球磨时间60h，施加99.9％以上的高纯氩气，获得混合粉末，过200目筛，加水搅拌，然后加入羟基丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷、稳定剂、增稠剂，以300r/min搅拌30min得耐磨层混合物；
(6)将步骤(5)的耐磨层混合物覆盖在步骤(4)处理的齿轮表面，进行低温干燥，控制干燥温度为50℃，再进行焙烧，冷却后放置在车床上进行精车削工序，进行精铣削齿形得到齿轮成品。
所述步骤(1)升温速率为30℃/s，水冷降温速率为20℃/s，风冷降温速率为30℃/s。
所述步骤(2)升温速率为35℃/s。
所述步骤(3)中扒渣前需要球化反应，球化反应的时间50s，球化反应后撒一层集渣剂后再进行扒渣。
实施例3
一种齿轮箱用耐磨齿轮，所述的蒙脱土为碳纳米管层蒙脱土。
所述的碳纳米管层蒙脱土制备方法为将无机蒙脱土、碳纳米管和改性剂按照质量比1:1:1溶于质量分数为50％的乙醇溶液中，混合均匀后加热致60℃，反应1h，利用蒙脱土阳离子交换特性使得碳纳米管表面的阳离子基团进入到蒙脱土层间，制备出碳纳米管改性蒙脱土悬浮液；其中所述的改性剂包括3-十六烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵或乙烯基苯三甲基氯化铵。
所述的碳纳米管为单壁碳纳米管。
所述的齿轮箱用耐磨齿轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取A组分各原料按照上述比例混合得混合粉末，将混合粉末加入熔炉内进行一次熔炼，将温度升至1500℃，保温熔炼8h，使得原料熔化成液体，然后用冷水进行降温至550℃形成合金后再风冷至380℃，再空冷降温至室温；
(2)将步骤(1)冷却至室温的合金进行再次升温至1500-1600℃进行二次熔炼，形成合金溶液；
(3)将步骤(2)的合金溶液加入球化剂和孕育剂，用薄钢板覆盖在球化剂、孕育剂上捣实，快速进行扒渣，将金属溶液注入到成型模具中，空冷后脱模制得齿轮毛坯；
(4)将步骤(3)的齿轮毛坯于650℃加热，保温45min，然后风冷以18℃/s冷却速率将铸件冷却至390℃，再空冷至室温，再次升温至555℃，回火40min后以28℃冷却至355℃，再空冷至室温得齿轮；
(5)称取B组分各原料按照上述配比混合，加入原料总量20倍的淬火钢球进行球磨，球磨时间55h，施加99.9％以上的高纯氩气，获得混合粉末，过200目筛，加水搅拌，然后加入羟基丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷、稳定剂、增稠剂，以250r/min搅拌25min得耐磨层混合物；
(6)将步骤(5)的耐磨层混合物覆盖在步骤(4)处理的齿轮表面，进行低温干燥，控制干燥温度为45℃，再进行焙烧，冷却后放置在车床上进行精车削工序，进行精铣削齿形得到齿轮成品。
所述步骤(1)升温速率为28℃/s，水冷降温速率为18℃/s，风冷降温速率为28℃/s。
所述步骤(2)升温速率为32℃/s。
所述步骤(3)中扒渣前需要球化反应，球化反应的时间45s，球化反应后撒一层集渣剂后再进行扒渣。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，其组成成分包括组分A和组分B，其中组分A其质量百分比成分为：Fe 75-85%、C 0.30-0.60%、Si 0.15-0.25%、Cr 0.16-0.24%、Zn 1.80-2.00%、Cu 3.00-9.00%、Pt 0.10-0.15%、Ti 3.80-4.00%、Co 0.60-0.80%、Sr 0.01-0.03%、Nb 0.03-0.05%、Ni 2.00-2.50%、W 1.50-2.00%、Mo 0.06-0.08%、Mn 0.50-0.60%、稀土金属0.10-0.20%、S≤0.003%、P≤0.003%、余量为不可避免的微量元素和杂质；
组分B其质量百分比成分为：氮化铝 0.25-0.35%、滑石粉0.80-1.20%、碳化硅0.60-0.80%、氧化镁0.40-0.60％、二氧化锰0.40-1.60%、二硫化钼0.80-2.00%、二硅化钼0.80-2.00%、碳化钴0.80-2.00%、氧化镍0.20-1.20%、氧化铪0.03-0.05%、碳化钽0.06-0.08%、石墨粉0.80-2.00%、碳化钨0.20-0.26%、蒙脱土0.60-0.80%、稀土金属0.10-0.20%。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述的稀土金属按质量百分比成分为Ce 6-10%、Nd 6-8%、Gd 7-9%、Lu 4-6%、Eu 3-5%、Tb 10-12%、Dy 10-12%、Y 2-4%，余量全为La。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述的蒙脱土为碳纳米管层蒙脱土。
4.根据权利要求3所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述的碳纳米管层蒙脱土制备方法为将无机蒙脱土、碳纳米管和改性剂按照质量比1:1:1溶于质量分数为50%的乙醇溶液中，混合均匀后加热致60℃，反应1h，利用蒙脱土阳离子交换特性使得碳纳米管表面的阳离子基团进入到蒙脱土层间，制备出碳纳米管改性蒙脱土悬浮液；其中所述的改性剂包括3-十六烷氧基-2-羟基丙基三甲基氯化铵或乙烯基苯三甲基氯化铵。
5.根据权利要求3所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管。
6.根据权利要求1所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述的齿轮箱用耐磨齿轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取A组分各原料按照上述比例混合得混合粉末，将混合粉末加入熔炉内进行一次熔炼，将温度升至1450-1550℃，保温熔炼8h，使得原料熔化成液体，然后用冷水进行降温至500-600℃形成合金后再风冷至350-400℃，再空冷降温至室温；
（2）将步骤（1）冷却至室温的合金进行再次升温至1500-1600℃进行二次熔炼，形成合金溶液；
（3）将步骤（2）的合金溶液加入球化剂和孕育剂，用薄钢板覆盖在球化剂、孕育剂上捣实，快速进行扒渣，将金属溶液注入到成型模具中，空冷后脱模制得齿轮毛坯；
（4）将步骤（3）的齿轮毛坯于640-660℃加热，保温40-50min，然后风冷以15-20℃/s冷却速率将铸件冷却至380-400℃，再空冷至室温，再次升温至550-560℃，回火35-45min后以25-30℃冷却至350-360℃，再空冷至室温得齿轮；
（5）称取B组分各原料按照上述配比混合，加入原料总量20倍的淬火钢球进行球磨，球磨时间48-60h，施加99.9%以上的高纯氩气，获得混合粉末，过200目筛，加水搅拌，然后加入羟基丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷、稳定剂、增稠剂，以200-300r/min搅拌20-30min得耐磨层混合物；
（6）将步骤（5）的耐磨层混合物覆盖在步骤（4）处理的齿轮表面，进行低温干燥，控制干燥温度为40-50℃，再进行焙烧，冷却后放置在车床上进行精车削工序，进行精铣削齿形得到齿轮成品。
7.根据权利要求6所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述步骤（1）升温速率为25-30℃/s，水冷降温速率为15-20℃/s，风冷降温速率为25-30℃/s。
8.根据权利要求6所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述步骤（2）升温速率为30-35℃/s。
9.根据权利要求6所述的一种齿轮箱用耐磨齿轮，其特征在于，所述步骤（3）中扒渣前需要球化反应，球化反应的时间40-50s，球化反应后撒一层集渣剂后再进行扒渣。
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