高性能齿轮关键制造技术研究发展展望

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1、高性能齿轮关键制造技术及发展建议随着我国经济的不断发展，应用于航空、军工、风电、舰船、煤炭及石化行业的高性能齿轮数量呈快速增长之势，其应用性能要求不仅包括了高速、高承载能力、高可靠性、长寿命等特征，而且在一些特殊应用条件下还要求其具有良好的高、低温性能和短时间的缺油运行能力，这就要求此类齿轮不仅在新材料的开发和选择上要有良好的适应性能，而且在制造过程中的热处理技术方面也要有新的思路和突破。多年来，国内外在对高端齿轮的关键制造技术方面进行了多方面的研究和探索，取得了许多积极的进展。尤其在国外，许多高端热处理应用技术已十分成熟，并已广泛应用

2、于高性能齿轮的制造过程，产品性能也都有了十分明显的改进和提高。在国内，尽管相关的研究也进行了不少，但在研究的广度、深度、系统性和应用性方面还存在诸多问题，和国外先进水平相比仍有不小的差距。这就使得国内的高性能齿轮制造水平受到极大制约，产品性能和国外先进水平相比差距很大，远不能满足国内高端装备的配套要求。随着我国“十二五”计划的推进，我国将在航天、军工、海洋工程及新材料等新兴战略性产业发展上对高端齿轮有更多、更高的需求，高端传动件产品的性能将对上述行业的发展有着十分重大的影响。因此尽快开发与高性能齿轮制造相关联的关键制造技术已变得十分必要

3、和迫切，这也正符合国家《基础件振兴规划》中对基础制造工艺进行开发的要求，本文将对几项关键制造技术的现状及具体要求予以简略讨论。1、齿轮深冷处理技术齿轮材料的深冷处理是高性能齿轮材料热处理的重要延续和补充，是提升其综合性能的重要手段，目前在国外高速齿轮及航空航天齿轮制造中应用已十分普遍。国内一些单位也进行了许多探索，但由于缺乏系统性及指导性的工艺数据，其应用尚不够普遍。众多的机理性试验研究已表明，在对经过渗碳、淬火处理的齿轮再进行一次或多次的温度最低可达零下190℃的低温处理，可有效促进齿面残余奥氏体向马氏体的转变，同时使得马氏体组织中分

4、解析出弥散状超细碳化物组织，因而使得齿轮齿面金相组织更为细密、均匀、稳定，表面强度及硬度提高，耐磨性也明显改善，有害残余应力大大减小，精度稳定性提高，可大大延长齿轮使用寿命。为使该项处理技术能更为广泛得以推广应用，除进一步深入研究冷处理的各项作用机理外，尚应加强其应用性方面的系统研究，如应对常用齿轮材料的冷处理工艺参数和处理程序进行全面试验研究，以确定不同材料适用的处理工艺参数和方法，明确冷处理后金相组织的评定标准及要求。在此基础上，对经过冷处理后齿轮各项主要性能的改善，如表面强度的提高，耐磨性的改善、尺寸稳定性的提高有一个量化的评定指

5、标，以有效指导齿轮应用者进行恰当的设计和应用。对进行齿轮冷处理适用的设备也应进行开发，并能满足处理过程操作的自动化、智能化和低成本及环保要求，以便于能大面积推广应用该项技术，使其不仅在高性能齿轮制造中得以应用，而且在通用齿轮产品的生产中也能得以应用。2、齿面离子注入改性技术为提高传动齿面的综合性能，如提高其抗腐蚀、抗氧化及抗疲劳性能，提高表面硬度和耐磨性能，降低齿面摩擦系数，改善齿面微观结构的低温或高温性能等，目前已证明行之有效的方法之一是采用齿面的各类离子注入技术。注入的元素类别视具体要求的不同，可选择一种或多种不同的元素。齿面通过各

6、类离子的注入，可有助于析出金属化合物和合金相，形成离散强化相，减少粘着和互扩散，增强氧化膜，提高润滑性能。如为提高直升机齿轮的短时缺油运转能力，对齿轮齿面采用了Mo离子注入的处理技术，试验表明取得了积极的效果。为加快离子注入技术在齿轮齿面处理中的应用，应加强对各类常用齿轮材料在不同应用环境和使用要求下的各种适用性应用研究，以便为实际应用操作提供技术指导。如为提高齿面的抗胶合、抗微点蚀、抗疲劳性能等不同要求时，各种相应离子注入类别的操作工艺参数和处理结果评定的研究，各种不同的离子注入方法及相应硬件手段的开发等，均应系统全面筹划并尽快进行。

7、3、齿面磷化、硫化、镀镍及沉积涂层技术为改善齿面的摩擦润滑特性，提高齿面抗冷、热胶合和微点蚀能力，多年来在高性能齿轮齿面的处理中还采用了锌系或锰系磷化处理、表面镀镍、低温电解渗硫及表面沉积涂层技术等，这些也都在不同程度上取得了一定效果。如国外曾通过PVD技术形成齿面涂层，采用的涂层厚度为1-4，硬度800~3000HV。试验表明其抗微点蚀能力有了明显的提高[4][5]，几乎未观察到微点蚀现象发生，齿形精度也未下降。目前表面涂层技术在风电轴承中也已开始被采用，FAG及TIMKEN公司均推出了旨在提高轴承性能及使用寿命的带涂层轴承并已投放市

8、场。我国汽车齿轮生产中目前也有采用齿面磷化技术来改善其齿面摩擦性能，但范围还很有限。上述几种方法的一个共同点是均涉及到新生的表面层问题，因而对其表面层与母体的结合力、组织致密性、应力状况、硬度、抗疲劳性能、