17Cr2Ni2Mo齒輪軸淬火應力模擬研究

17Cr2Ni2Mo是一種優(yōu)質(zhì)的滲碳鋼，具有高的強度和韌性，常用于制作齒輪、錐齒輪等傳動件。利用 17Cr2Ni2Mo鋼生產(chǎn)的大直徑齒輪軸淬火后的回火溫度一般低于300℃，在該溫度下回火只能消除齒輪淬火后產(chǎn)生的第二、第三類應力，對于第一類應力的消除作用十分有限，因此無法通過提高回火溫度來降低齒輪軸的淬火應力。對于大型齒輪軸類件來說，降低齒輪軸淬火應力的最佳途徑是改變材料的化學成分或有效控制淬火過程。

二重鑄鍛公司的研究人員利用有限元數(shù)值模擬軟件研究了大型17Cr2Ni2Mo齒輪軸化學成分、換熱邊界、淬火介質(zhì)溫度對齒輪軸心部位置淬火應力的影響，研究結果對齒輪軸的現(xiàn)場加工及熱處理具有非常重要的借鑒作用。

研究人員首先研究了化學成分對17Cr2Ni2Mo齒輪軸心部淬火應力的影響。結果表明，添加微量的B元素后，17Cr2Ni2Mo鐵素體和珠光體等溫轉變的孕育期都大幅度降低了，其中“鼻子”溫度附近的鐵素體、珠光體轉變孕育期從2000s延長至6000s，完成時間從15000s延長至50000s。轉變曲線向右大幅度移動，B元素的添加推遲了鐵素體和珠光體的轉變?？梢?，添加B元素能夠延遲鐵素體和珠光體的轉變時間，增加材料的淬透性，可以有效降低齒輪軸淬火后心部的拉應力。

同時，研究人員還研究了齒輪軸換熱邊界對心部淬火應力的影響。計算結果表明，齒輪軸淬火過程中，心部主要為拉應力。在不改變成分的條件下，要降低其淬火后的應力，只能降低其熱應力，而影響熱應力的關鍵因素是淬火過程中工件的截面溫差。要降低溫差，需要降低冷卻速度，而冷卻速度的降低，又無法保證齒輪軸齒面的淬火程度，因此，模擬時，將未開齒部分進行絕熱處理，研究換熱邊界對齒輪軸淬火應力的影響。結果表明，減少齒輪軸淬火過程中傳熱面積，可以降低齒輪軸淬火后的心部拉應力。

最后，研究了淬火介質(zhì)溫度對齒輪軸心部應力的影響。模擬工藝試驗研究結果表明，提高淬火介質(zhì)溫度可以降低齒輪軸心部拉應力。提高淬火介質(zhì)溫度后，齒輪軸軸向應力下降近100MPa，其余兩個方向的應力降低達150MPa。提高淬火介質(zhì)溫度后，齒輪軸心部珠光體含量顯著增加，反映出齒輪軸心部位置冷卻速度降低。而齒輪軸截面溫差的減小，降低了齒輪軸淬火后的熱應力，使得齒輪軸淬火后各個方向的應力降低。