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文档简介

说到硬化层深，很多小伙伴第一时间想到了齿轮渗碳层深要求。其实不只是齿轮，任何两个零件间的接触面如果存在高接触应力，为了提高接触疲劳强度，一般都推荐进行表面硬化处理。那当零件表面需要硬化时，你知道硬化层深该取多深吗？是不是又想起齿轮的渗碳层深的要求了？标准里通常会根据模数m来给出一个最佳范围，比如：0.15~0.2m。那如果是一个轮子和轨道接触呢？如果一个球和滚道的接触呢？没有模数那该怎么选？是不是有点不知所措，所以我们要知其然，也要知其所以然。下面我们就从接触理论讲起，让你在选择合适的硬化层深时更有依据。当零件受到接触应力作用时，在表层或次表层产生的最大切应力往往是产生点蚀、剥落的主要原因。根据赫兹接触理论，两个面接触时产生的最大剪切应力位置取决于接触类型（点接触或线接触）和受力状态。对于最为常见的线接触，最大接触应力和接触宽度计算公式如下：对于点接触，接触半轴和最大接触应力的计算如下图所示。完美情况下点接触在受压后会形成一个半径为a的小圆面，但有些时候接触的两个物体并不都是球形，实际接触面可能是个椭圆形，这时需要求解接触椭圆方程系数得到两个半轴的尺寸，公式也比较类似，大家可以网上找到，这里就不再展开了。上述公式中E表示弹性模量；v表示泊松比；R（D）表示当量曲率半径（直径），注意对于凹面取负值。下面我们用前面计算的接触宽度来计算最大剪应力位置所在的深度z0。注意很多资料上用“接触半宽度”，为了表述方便，下面我们用统一的符号b表示接触半宽度，对于前面线接触的示意图中b=B/2，对于点接触示意图中b=a（如果接触为椭圆，b取两个半轴中较短的那个）。对于线接触，z0≈0.786*b对于点接触：z0≈0.467*b以上为近似的计算，主要为了方便实际操作。有了最大剪切应力的深度位置，我们就可以计算所需的硬化层深度了。如下图所示，通常我们需要保证硬化层深度能够覆盖住最大剪应力的深度，并给出一定的安全余量。从工艺的角度来讲，对于采用渗碳处理的零部件，硬化层深度可按最大剪切切应力深度的1.5~2倍取。对于采用渗氮处理的零部件，由于氮化层很难做到很深，硬化层深度应至少是最大切应力深度的1倍（残余压应力会起部分协助作用）。对于采用表面淬火（如感应淬火或火焰淬火）的零部件，硬化层深不易控制，可取更大值，建议取最大剪切应力深度的3~4倍。以上就是具体所需硬化层深的经验计算方法，不过其理论是基于赫兹接触，我们知道赫兹接触是有其假设条件的，比如接触表面光滑无摩擦，接触面积相比物体表面积足够小，材料各向同性，只有弹性变形等等。但实际情况可能与假设的不同，其中最主要的是现实中不可能做到很光滑，总是有摩擦系数存在，不

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