渗碳及渗碳喷丸齿轮轮齿弯曲疲劳极限的定量分析

杨庆祥  赵言辉  许志强  姚  枚

(燕山大学材料科学与工程学院  秦皇岛  066004)

高玉魁  王仁智

(北京航空材料研究院腐蚀与防护室  北京  100095) 

摘要：跳出学科分工的局限性，对以齿轮为例的表面强化零件的表象疲劳极限进行综合分析。采用20CrMnTi钢制备三点弯曲小试样及齿轮试样。试样都经过同样的渗碳(并淬火及低温回火)处理，其中一半试样再经过表面喷丸强化。为了对比，还有一组小试样经过伪渗碳处理。测定了小试样表面层的残余压应力场。利用升降法确定了5×10⁶周、应力比0.05条件下小试样和齿轮试样轮齿的弯曲疲劳极限载荷，并对各组试验中疲劳寿命最长的断口进行分析。建立有限元模型，并利用ANSYS软件计算齿轮根部的应力场。利用“疲劳源形成和疲劳极限的微细观过程理论”及“表面和内部疲劳极限”的概念对试验结果进行定量分析，并探讨根据小试样疲劳极限确定复杂零件(如齿轮)疲劳极限载荷的方法，以及表面强化工艺优化的问题。

关键词：力学行为模型化  疲劳极限  渗碳  喷丸  残余应力场

中图分类号：TG14  TB125

国家自然科学基金(59971040)和河北省自然科学基金(500193)资助项目。20030514收到初稿，20040203收到修改稿