CN110695632A - 一种耐磨主动轮齿圈及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐磨主动轮齿圈及其制备方法，涉及一种主动轮齿圈的齿面耐磨强化方法。本发明可以提高主动轮齿圈的齿面硬度、抗弯强度以及耐磨损、抗冲击性能，解决了主动轮齿圈齿面耐磨性能、抗冲击性能及使用寿命不足问题。一种耐磨主动轮齿圈及其制备方法，首先将主动轮齿圈齿部的齿脊和齿谷部分加工出凹槽出来；然后将碳化钨合金粉粉末(60％‑70％)和镀镍金刚石粉末(30％‑40％)按比例混合均匀作为硬面层材料，将上述硬面层材料焊接在齿部凹槽内，形成冶金结合硬面层，适用于耐磨主动轮齿圈及其制备，适用于其他外齿圈、内齿圈和齿轮的齿面耐磨强化处理。

Description

一种耐磨主动轮齿圈及其制备方法

技术领域

本发明属于履带车辆技术领域，涉及一种耐磨主动轮齿圈及其制备方法。

背景技术

现有钢制主动轮齿圈的齿面采用中频淬火工艺进行强化。如图1所示：主动轮齿圈的齿部基体11加工到位后，在齿圈啮合接触工作区域的齿面12上进行中频淬火，提高齿面近表面区域硬度，有效淬硬层深约4mm，即通过热处理提高齿面硬度的方法，保证主动轮齿圈齿面的耐磨性能。

背景技术的缺陷

主动轮齿圈是履带式坦克装甲车辆行动系统关键件，随着行车里程数的增加，主动轮齿圈齿面与履带接触不断发生磨损，会降低传动的平稳性、传动效率及齿圈使用寿命，因此要求齿圈接触磨损表面必须具有极高的耐磨性能和抗冲击性能。

现有履带车辆采用中频淬火方法制造的主动轮齿圈，其耐磨性能存在缺陷。如图2所示，主动轮齿圈正向行车一侧齿面磨损严重，成犁沟状，超出了齿面有效硬化层深度。

其次，受工艺限制，现有主动轮齿圈经中频淬火后，虽然提高了近表面硬度，但其强化层硬度呈梯度下降分布，随着行车里程的增加，齿面磨损会越来越快。

再次，这种中频淬火工艺是针对主动轮齿圈基体材料进行强化，受零件自身铸造42CrMo材质性能所限，其齿面硬度和耐磨性能强化效果提升有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨主动轮齿圈的制备方法及采用该方法制备得到的耐磨主动轮齿圈，采用上述制备方法制备得到的主动轮齿圈耐磨性能和抗冲击性能好，使用寿命长。

本发明提高主动轮齿圈的齿面硬度、抗弯强度以及耐磨损、抗冲击性能，解决了履带车辆钢制主动轮齿圈齿面耐磨性能、抗冲击性能及使用寿命不足问题。

本发明的一种履带车辆耐磨主动轮齿圈制备方法，及用这种方法制备的履带车辆耐磨主动轮齿圈。

一种耐磨主动轮齿圈的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将主动轮齿圈齿部的齿脊和齿谷部分加工出凹槽；

第二步，将铸造碳化钨合金粉、镀镍金刚石粉二者按照：铸造碳化钨合金粉：镀镍金刚石粉＝60％-70％：30％-40％的比例混合均匀为硬面层材料；

第三步，将所述硬面层材料焊接在齿部凹槽内，形成冶金结合硬面层。

一种耐磨主动轮齿圈，所述耐磨主动轮齿圈采用上述的耐磨主动轮齿圈的制备方法制备得到；耐磨主动轮齿圈包括齿部和圈部，所述齿部包括齿尖、齿脊、齿谷以及覆盖在齿脊和齿谷表层的硬面层。

其中，所述制备方法包括以下步骤：将碳化钨合金粉粉末(60％-70％)和镀镍金刚石粉末(30％-40％)混合均匀作为硬面层材料；将上述硬面层材料与齿圈齿面铸钢基体焊接为一体，形成牢固的冶金结合硬面层。

上述制备方法，铸造碳化钨合金粉粉末硬度高，原料中采用镀镍的金刚石粉末，由于镀镍的金刚石表面有镍层进行保护，以及镍基自熔合金粉末的低熔点，可以有效的防止镀镍的金刚石内部的金刚石的碳化。因此，本发明的耐磨主动轮齿圈的制备方法可以提高齿圈的齿面硬度、耐磨性及抗冲击性能，提高其使用寿命。

其中，一种履带车辆主动轮齿圈的制备方法，包括以下步骤：

首先将主动轮齿圈齿部的齿脊和齿谷部分加工出凹槽出来，所述凹槽的深度范围为2-5mm，优选为3mm深；然后采用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的方式，将铸造碳化钨合金粉、镍包金刚石粉二者按照比例混合均匀作为硬面层材料，用司太立合金焊丝作为焊料将上述硬面层材料焊接在齿部凹槽内，形成牢固的冶金结合硬面层。

优选的，焊接后，所述硬面层的厚度为4-6mm，进一步优选为5mm。

优选的，在将硬面层材料用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的技术制备得到耐磨主动轮齿圈的步骤之前，还包括如下步骤：

将制备得到的铸钢齿圈基体放入保温箱中进行预热操作。

优选的，将制备得到的所述耐磨主动轮齿圈进行预热保温操作的步骤中，所述保温温度为450-600℃，保温时间为0.3-1h；进一步优选的，所述保温温度为500℃，保温时间为0.5h。

优选的，在将硬面层材料用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的技术制备得到耐磨主动轮齿圈的步骤之后，还包括如下步骤：

将焊接后的硬面层用电火花工艺进行修整，使得硬面层厚度与齿圈齿部的表面高度一致。

本发明还提供一种采用上述耐磨主动轮齿圈的制备方法制备得到的履带车辆主动轮齿圈。

上述耐磨主动轮齿圈的制备方法，通过采用铸造碳化钨合金粉粉末、镀镍的金刚石粉末为硬面层材料，可以有效提高铸钢齿圈基体的硬度。将司太立合金焊丝作为焊料，在等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的工艺作用下，可以熔化形成熔池，它在熔池里面起粘接相的作用，而铸造碳化钨合金粉(60-70％)以及镀镍金刚石粉末(30％-40％)均匀的分布在其中。原料中采用镀镍的金刚石粉末，由于镀镍的金刚石表面有镍层进行保护，可以有效的防止焊接火焰对镀镍金刚石内部的金刚石的碳化。因此，上述主动轮齿圈的制备方法可以有效提高制备得到的齿圈的硬度、耐磨性能及抗冲击性能，延长其使用寿命。

采用上述耐磨主动轮齿圈的制备方法制备得到的耐磨主动轮齿圈，由于铸造碳化钨合金粉粉末具有较高的硬度，镀镍的金刚石内部的金刚石可以避免被碳化，因此，该齿圈表面具有硬度大、耐磨性能好、抗冲击性能高、使用寿命长等优点。

附图说明

图1是现有钢制主动轮齿圈的齿面采用中频淬火工艺进行强化示意图；

图2是现有主动轮齿圈正向行车一侧齿面磨损示意图；

图3是本发明一实施例提供的履带车辆耐磨主动轮齿圈的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的履带车辆耐磨主动轮齿圈的齿部硬面层结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的履带车辆耐磨主动轮齿圈的齿部示意图；

图中：1、主动轮齿圈；2、齿部；21、齿尖；22、齿脊；23、齿谷；4、硬面层；3、圈部。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本发明提供的一种耐磨主动轮齿圈的制备方法，该耐磨主动轮齿圈主要用于履带式坦克装甲车辆主动轮上，该制备方法包括以下步骤：

首先(S1)，将主动轮齿圈齿部的齿脊及齿谷部分加工出一定深度的凹槽，用于填充硬面层；而齿尖部分不加工凹槽，因为主动轮齿圈的主要作用面集中于齿脊、齿谷与齿圈的交界处。

进一步，为了保证硬面层的厚度为4mm-6mm，主动轮齿圈齿部的齿脊及齿谷部分加工出的凹槽的深度优选为2-5mm，进一步优选为3mm。

硬面层的厚度大于凹槽的深度。

然后(S3)，采用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的方式，将铸造碳化钨合金粉、镍包金刚石粉二者按照比例混合均匀作为硬面层材料，用司太立合金焊丝作为焊料将上述硬面层材料焊接在齿圈铸钢基体上，形成牢固的冶金结合硬面层。

铸造碳化钨合金粉与镍包金刚石粉末均为硬质颗粒，能有效提高铸钢齿圈基体的硬度，硬面层与铸钢齿圈的冶金结合，可以最大的发挥二者的优势，既能保留齿圈铸钢基体的韧性，又能提高齿圈表层硬度，将有效提高齿圈整体的耐磨损及抗冲击性能，从而延长齿圈的使用寿命。采用司太立合金焊丝作为焊料，是因为司太立合金具有很好的耐磨损及腐蚀性能，与铸造碳化钨合金粉的结合效果很好。

上述硬面层的厚度优选为4-6mm。如果硬面层太厚，一方面因内应力的作用易造成硬面层产生裂纹甚至掉缺等问题，起不到提高耐磨性能的作用；另一方面，硬面层太厚，将使齿圈表面硬度过高，脆性过大，不足以保证其抗弯强度等其他性能的优势。如果硬面层太薄，根据热影响区域的过渡作用，将导致齿圈表层的平均硬度达不到HRC46，影响其使用寿命。

另外(S2)，本发明中，在将硬面层材料用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的技术制备得到耐磨主动轮齿圈的步骤之前，还包括如下步骤：

将制备得到的耐磨主动轮齿圈基体放入保温箱中进行预热操作。

耐磨主动轮齿圈进行预热保温操作的步骤中，所述保温温度为450-600℃，保温时间为0.3-1h；

优选的，所述保温温度为500℃，保温时间为0.5h。因为预热之后，将更利于后续焊接工序。500℃是最接近司太立合金焊丝的熔点温度，太高或太低均影响后续焊接效果以及焊层的结合强度。

进一步地(S4)，在将硬面层材料用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的技术制备得到耐磨主动轮齿圈的步骤之后，还包括如下步骤：

将焊接后的硬面层用电火花工艺进行修整，使得硬面层厚度与齿圈齿部的表面高度一致。因为采用其他机加工或者打磨加工，都无法加工齿圈表面高硬度的硬面层，而且硬面层的部位有坡度和弧度，无法通过磨削加工来实现。

参照图3、图4及图5，在发明中，还提供了一种用上述制备方法制备得到的履带车辆耐磨主动轮齿圈。

一实施例中，如图3所示，主动轮齿圈1是有13个齿部2和1个圈部3组成，齿部2是由齿尖21、齿脊22、齿谷23以及覆盖在齿脊22和齿谷23表层的硬面层4所组成。

如图1、2和3所示，硬面层4是覆盖在齿脊22和齿谷23表面其厚度为4-6mm，最终会通过电火花将硬面层表层凸出的多余部分切割掉，达到与齿尖21同一厚度3mm。

另外，本发明提供的耐磨主动轮齿圈的制备方法，既适用于外齿圈齿面的耐磨硬面强化处理，也适用于内齿圈齿面的耐磨硬面强化处理。

硬面层材料配制方法

将碳化物合金粉粉末(60％-70％)、镀镍金刚石粉末(30％-40％)与粘结相粉末均匀调和后作为硬面材料。

以下为几个优选的实施例。

实施例1

将原料采用氩弧焊技术焊到耐磨主动轮齿圈的齿部表面形成一层牢固的冶金结合硬面层，其中，原料包括混合均匀的铸造碳化钨合金粉粉末(60％-70％)、镀镍的金刚石粉末(30％-40％)以及司太立合金焊丝。其中，在氩弧焊焊接之前，需要对齿圈铸钢基体预热，其预热温度为500℃，保温时间为0.5h。

通过氩弧焊实现的硬面层的厚度有5mm厚，采用电火花切割至3mm厚，即与齿部齿尖的厚度一直。采用上述方法制备得到的耐磨主动轮齿圈，表面硬度达到60HRC。

实施例2

将原料采用气保焊技术焊到耐磨主动轮齿圈的齿部表面形成一层牢固的冶金结合硬面层，其中，原料包括混合均匀的铸造碳化钨合金粉粉末(60％-70％)、镀镍的金刚石粉末(30％-40％)以及司太立合金焊丝。其中，在氩弧焊焊接之前，需要对齿圈铸钢基体预热，其预热温度为500℃，保温时间为0.5h。

通过氩弧焊实现的硬面层的厚度有6mm厚，采用电火花切割至3mm厚，即与齿部齿尖的厚度一直。采用上述方法制备得到的耐磨主动轮齿圈，表面硬度达到55HRC。

实施例3

将原料采用等离子堆焊技术焊到耐磨主动轮齿圈的齿部表面形成一层牢固的冶金结合硬面层，其中，原料包括混合均匀的铸造碳化钨合金粉粉末(60％-70％)、镀镍的金刚石粉末(30％-40％)以及司太立合金焊丝。其中，在氩弧焊焊接之前，需要对齿圈铸钢基体预热，其预热温度为500℃，保温时间为0.5h。

通过氩弧焊实现的硬面层的厚度有4mm厚，采用电火花切割至3mm厚，即与齿部齿尖的厚度一直。采用上述方法制备得到的耐磨主动轮齿圈，表面硬度达到48HRC。

实施例4

一种耐磨主动轮齿圈及其制备方法，首先将主动轮齿圈齿部的齿脊和齿谷部分加工出凹槽出来，所述凹槽的深度为3mm；然后采用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的方式，将碳化钨合金粉粉末(60％-70％)和镀镍金刚石粉末(30％-40％)按比例混合均匀作为硬面层材料，用司太立合金焊丝作为焊料将上述硬面层材料焊接在齿部凹槽内，形成牢固的冶金结合硬面层。在氩弧焊焊接之前，对齿圈铸钢基体预热，其预热温度为500℃，保温时间为0.5h。

将主动轮齿圈基体样块和焊接硬面材料后的主动轮齿圈样块(强化层深度3mm)，使用湿式橡胶轮磨粒磨损试验机进行耐磨实验，实验条件为使用80目刚玉，水沙比例为1:1.5转速为1000转，运行时间为10分钟。结果如下：

样块方案	磨损量平均值g
		主动轮齿圈基体+硬面材料(4mm)	0.00835
主动轮齿圈基体	0.233

得出，采用所述的方法制成的耐磨主动轮齿圈样块在相同条件下，硬面磨损量相对主动轮齿圈基体磨损量降低96.34％

试验样块硬度检测结果如下

对制成的耐磨主动轮齿圈实物样件进行硬面表面硬度检测，结果如下

得出，采用所述的方法制成的耐磨主动轮齿圈硬面硬度发达到56HRC以上。

金相检测结果，硬面层致密，无裂纹

本发明的优点在于，其所提供的一种履带车辆耐磨主动轮齿圈制备方法及用这种方法制备的履带车辆耐磨主动轮齿圈可以提高齿圈的齿面硬度、耐磨性及抗冲击性能，提高其使用寿命。适用于履带车辆耐磨主动轮齿圈及其制备，所述制备方法还可适用于其他外齿圈、内齿圈和齿轮的齿面耐磨强化处理。

Claims (10)

1.一种耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将主动轮齿圈齿部的齿脊和齿谷部分加工出凹槽；

第二步，将铸造碳化钨合金粉、镀镍金刚石粉二者按照：铸造碳化钨合金粉：镀镍金刚石粉＝60％-70％：30％-40％的比例混合均匀为硬面层材料；

第三步，将所述硬面层材料焊接在齿部凹槽内，形成冶金结合硬面层。

2.如权利要求1所述的耐磨主动轮齿圈及其制备方法，其特征在于，在第三步前，还包括如下步骤：

将主动轮齿圈基体放入保温箱中预热并保温。

3.如权利要求2所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，将制备得到的所述齿圈基体进行保温操作的步骤中，所述保温温度为450-600℃，保温时间为0.3-1h。

4.如权利要求3所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，所述保温温度为500℃，保温时间为0.5h。

5.如权利要求1所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，所述第三步中，采用司太立合金焊丝作为焊料并采用等离子堆焊或者气保焊或者氩弧焊的工艺进行焊接。

6.如权利要求1所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，在第三步后，还包括如下步骤：

将焊接后的硬面层用电火花工艺进行修整，使得硬面层厚度与齿圈齿部的表面高度一致。

7.如权利要求1所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深度为2-5mm。

8.如权利要求1或6所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，所述硬面层的厚度为4-6mm。

9.如权利要求7所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法，其特征在于，所述硬面层的厚度为5mm。

10.一种耐磨主动轮齿圈，其特征在于，所述耐磨主动轮齿圈采用如权利要求1至7中任一项所述的耐磨主动轮齿圈的制备方法制备得到；

耐磨主动轮齿圈包括齿部和圈部，所述齿部包括齿尖、齿脊、齿谷以及覆盖在齿脊和齿谷表层的硬面层。

Images