CN117669086B 一种钢制齿轮表面热处理强化的模拟实验方法 （广西大学）

一种钢制齿轮表面热处理强化的模拟实验本发明提供了一种钢制齿轮表面热处理强化的模拟实验方法，以汽车常用齿轮钢20MnCr5建立渗碳淬火多场耦合模型。对FZG直齿轮进行元素含量不同的两种20MnCr5钢制齿轮的热后性2所述S3中温度场模拟具体为：分析两种钢制成的单齿模型在渗碳淬火所述S3中碳浓度场模拟具体为：在单齿模型分度圆位置对碳浓度检测分所述S3中组织转变模拟具体为：得到显示马氏体和贝氏体分布的渗碳所述渗碳淬火模拟和渗碳淬火试验的过程设计为：渗碳温度为930℃,加热40min后达到渗3应力应变模型和硬化规则模型，具体地，通过JMatpro软件计算两种化学元素含量不同的45a边界条件，热传导的边界条件是齿轮与接触介质之间的对流换热系数及介质温度的依据，σmδ12345分61p为塑性应变。[0070]γF_P＝42+223C+53Si+30Mn+12.6Ni+7Cr+19Mo+(10_19Si+4Ni+8Cr+130V)logVF_P[0072]γB＝_323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+(89+53C_55Si_22Mn_10Ni_7[0082]优选的，所述渗碳淬火模拟和渗碳淬火试验的过程设计为：渗碳温度为93[0089]1、本发明为齿轮渗碳淬火工艺方案试做制定和生产加工提供了参考方案和数据89a边界条件，热传导的边界条件是齿轮与接触介质之间的对流换热系数及介质温度的依据，σmδ12345分1p为塑性应变。[0173]γF_P＝42+223C+53Si+30Mn+12.6Ni+7Cr+19Mo+(10_19Si+4Ni+8Cr+130V)logVF_P[0175]γB＝_323+185C+330Si+153Mn+65Ni+144Cr+191Mo+(89+53C_55Si_22Mn_10Ni_BB表面不同位置设置了传热和渗碳边界条件。齿轮的渗碳淬火过程会有相变和应变的发生，[0191]20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮在渗碳淬火后的碳含量分布如图8所示。在初始阶轮表面碳含量都在0.75％左右。本文以含碳量0.40％作为渗碳层深度的界限碳含量。20MnCr5_A和20MnCr5_B钢的两齿轮在分度圆处的渗碳层深度分别为0.70mm和0.75mm，20MnCr5_B钢齿轮的渗碳层深度较20MnCr5_A钢齿轮更深。因为20MnCr5_B钢齿轮的Mn元素[0193]组织转变模拟具体为：材料中的马氏体组织和贝氏体组织可以提高硬度和刚[0194]如图10所示为20MnCr5_A和20MnCr5_B钢两齿轮渗碳淬火后的显微组织分布云20MnCr5_A钢齿轮表面最高马氏体体积分数为90.3其中齿顶处为90.3分度圆处为89.6齿根处为87.420MnCr5_B钢齿轮表面最高马氏体体积分数为94.6略高于20MnCr5_A钢齿轮。20MnCr5_B钢齿轮齿顶处马氏体体积分数为94.6分度圆处为93.6%,度较高，导致Ms(马氏体组织转变起始温度)点下降，在淬火后残留部分残余奥氏体组织。20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮表面残留奥氏体体积分数分别为3.0％和4.0芯部马氏体取值为100℃。[0197]结合材料的CCT曲线可知，20MnCr5_A齿轮的Ms值为388.1℃,20MnC值为397.2℃,通过计算可知20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮表面残余奥氏体含量分别为[0198]由图10可知，20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮齿面处贝氏体体积分数分别为7％和[0199]硬度模拟具体为：20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮齿面硬度模拟结果如图11所[0202]组织变化对比：图14_15为20MnCr5_A和20MnCr5_B钢两齿轮经渗碳淬火试验后的些与组织模拟结果一致。实验测量20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮表面硬度分别为690HV和[0204]硬度变化对比：如图16所示为渗碳淬火后齿轮渗碳层的仿真值与试验结果对其中，图16(a)为20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮分度圆位置表面硬度梯度曲线。可知，[0205]图16(b)为齿轮渗碳淬火后的渗碳层深度。渗碳层深度模拟值与实测值之间存在一定差异。20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮的渗碳层深度模拟值与试验值最大差值分别为[0206]齿面硬度模拟值与试验值对比如表1所示，20MnCr5_A和20MnCr5_B钢齿轮的表面硬度模拟值与试验值最大差值分别为16HV和18HV。模拟误差分别为2.03_2.32％和2.43_