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喷丸强化是齿轮最常用的表面强化方法,不仅能提高齿轮的抗疲劳性能和耐磨性,还能使齿轮心部保持良好的韧性。本文主要研究了弹丸直径和喷丸强度对渗碳20Cr2Ni4A钢和渗碳9310钢试样表层显微组织、残余奥氏体、残余应力、显微硬度和表面形貌的影响,以及对20Cr2Ni4A钢摩擦磨损性能、冲蚀性能和9310钢在不同温度下摩擦磨损性能的影响;借助ABAQUS有限元分析软件,研究了弹丸直径和喷丸速度对9310钢表层残余应力场和表面粗糙度的影响。经过喷丸处理,渗碳20Cr2Ni4A钢和渗碳9310钢试样在其他条件相同时,弹丸直径增大,试样表面的X射线衍射半高宽宽度也随之增加;试样表层的残余奥氏体转变为马氏体的量增加且对残余奥氏体影响的深度增大;试样表层的残余应力增加,且分布深度也有所增大。随着喷丸强度增加,试样表层的残余奥氏体量逐渐减少,且诱发残余奥氏体转变为马氏体的深度增加;试样表层的残余应力得到明显提高且分布深度也明显增加,最大残余应力距表面的距离也增大。弹丸直径增大或喷丸强度增加,试样表层的显微硬度都得到提高,但表面粗糙度也都明显增大。渗碳20Cr2Ni4A钢试样,在摩擦磨损试验中,其他条件相同时,无论弹丸直径增大,还是喷丸强度增加,试样的摩擦系数基本没有变化,磨损率都明显降低;未喷丸试样和喷丸工艺(1)试样以磨粒磨损为主;喷丸工艺(2)试样以磨粒磨损为主,伴有粘着磨损;喷丸工艺(3)和工艺(4)试样都以粘着磨损为主。冲蚀试验中,在30°冲蚀角的冲蚀下,喷丸强化对试样的冲蚀性能影响不大,此时主要破坏机制为小角度的犁削冲蚀机制;在90°冲蚀角的冲蚀下,喷丸强化使试样抗冲蚀性能提高,此时主要破坏机制为高角度的点坑式破坏。渗碳9310钢试样的常温摩擦磨损试验结果表明,其他条件相同时,弹丸直径增大,试样的摩擦系数有所增大,试样磨损率明显降低;随着喷丸强度增加,试样的摩擦系数几乎不变,试样磨损率逐渐降低。未喷丸试样和喷丸工艺(1)试样以磨粒磨损为主;喷丸工艺(2)试样既有磨粒磨损,也有粘着磨损;喷丸工艺(3)、工艺(4)和工艺(5)试样都以粘着磨损为主。在高温摩擦磨损试验中,不同温度下,试样喷丸前后的摩擦系数不变;在100℃和200℃时,喷丸强化对试样的耐磨性有一定提高,300℃时喷丸强化效果消失,试样由于磨痕表面被氧化,磨损量反而降低;在100℃时,试样以磨粒磨损为主,在200℃时,试样以粘着磨损为主,在300℃时,试样以磨粒磨损和氧化磨损为主。通过对渗碳20Cr2Ni4A钢和渗碳9310钢喷丸后表层显微组织、表层压应力场和耐磨性的分析评比可知,喷丸工艺(4)可作为渗碳20Cr2Ni4A钢的最佳喷丸方案;喷丸工艺(4)和工艺(5)都可作为渗碳9310钢的喷丸方案。通过对9310钢喷丸强化进行有限元模拟,得知随着弹丸尺寸增大或喷丸速度增加,表面残余压应力、最大残余压应力及其层深和残余压应力的深度均增大,但表面粗糙度也明显增加。