渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢齿轮淬火畸变影响的模拟研究

采用有限元模拟软件,对热处理气淬过程中渗碳层对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场、应力场、应变场的影响进行了分析,并结合第一性原理方法对其作用机制进行了探索。结果表明:渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场的影响较小,但是应力场结果显示当渗碳层厚度小于0.5 mm时,齿顶表面应力波动明显,齿顶表面的应力由渗碳层厚度0.1 mm的86.7 MPa增加至2.0 mm的278.6 MPa。应变场结果表明在渗碳层厚度为2.0 mm时,齿顶表面等效应变初始值达到2%。第一性原理计算结果显示随着碳浓度的增加,Fe-Fe原子之间的成键强度消弱,新形成的Fe-C键和Cr-C键明显增强,而且Fe与C原子之间电子密度呈明显的方向性。Fe-Fe键的消弱导致18Cr2Ni4WA钢的膨胀系数会随碳浓度增大而增大,因此齿轮因渗碳层过厚而产生的升温畸变在气淬降温阶段并不能恢复,从而加大齿轮尺寸跳动。