CVT帶輪的滲碳層對(duì)其磨損性能的影響分析

熊鴻康

(本田汽車零部件有限公司品質(zhì)管理部制品技術(shù)科，廣東佛山 528200)

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CVT帶輪的滲碳層對(duì)其磨損性能的影響分析

研究了Honda某型號(hào)CVT(無極變速箱)帶輪在不同熱處理工藝時(shí)各滲碳層情況下的磨損狀況。通過金相組織分析、硬度分析、掃描電鏡及能譜分析，獲得了不同滲碳層深度、含碳量時(shí)帶輪的硬度變化及磨損規(guī)律。結(jié)果表明，滲碳層深度在0.5～0.8 mm，表面硬度在HRC58～62時(shí)，帶輪的磨損量最小，具有最佳的抗磨損性能。

CVT帶輪；滲碳層；磨損性能

0 引言

CVT是Continuously Variable Transmission的略稱，意思是無級(jí)變速箱，CVT以其出眾的燃油經(jīng)濟(jì)性、變速平順性，迅速成為最為理想的變速器之一[1]。汽車變速時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)傳遞過來的動(dòng)力不通過變速齒輪，而是通過兩個(gè)滑輪和連接它們的鋼帶進(jìn)行傳遞[2]，如圖1所示。

圖1 CVT工作原理示意圖

由于主動(dòng)帶輪側(cè)(驅(qū)動(dòng)輪)槽寬的連續(xù)變化，如圖2(a)、(b)所示，主動(dòng)帶輪側(cè)及從動(dòng)帶輪側(cè)鋼帶的傳遞間距隨之變化，達(dá)到改變傳動(dòng)比的效果，因此能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪無法達(dá)到的平滑的無級(jí)變速[3-4]。

在行駛或變速過程中，鋼帶的位置變化和保持依靠液壓系統(tǒng)提供高壓力對(duì)可移動(dòng)側(cè)帶輪位置進(jìn)行控制[5]，在這種狀態(tài)下高速旋轉(zhuǎn)，帶輪與鋼帶處于摩擦狀態(tài)中，行駛一定時(shí)間后，帶輪表面會(huì)出現(xiàn)一定的磨損。文中主要研究在特定行駛狀態(tài)下帶輪不同滲碳情況對(duì)耐磨性的影響。

圖2 鋼帶位置示意圖

1 實(shí)驗(yàn)過程

文中研究的帶輪所使用的材料如表1所示，生產(chǎn)工藝為：鍛造→車削→熱處理→精加工，其中熱處理是影響滲碳情況的關(guān)鍵因素之一，精加工影響滲碳層的厚度及帶輪表面硬度。

表1 化學(xué)成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

測(cè)試用帶輪結(jié)構(gòu)及測(cè)試區(qū)域如圖3所示，參照J(rèn)IS工藝要求：該工件滲碳層深度為0.4～1.4 mm，表面硬度HRC58～62，心部硬度HRC25～45；殘留奧氏體、馬氏體組織1～3級(jí)(≤ 15%)、鐵素體組織1～2級(jí)、碳化物1～3級(jí)，滲碳層過渡區(qū)不允許有貝氏體；徑向圓跳動(dòng)控制在0.1 mm以內(nèi)。

圖3 測(cè)試試樣結(jié)構(gòu)示意圖

此次測(cè)試所需工件根據(jù)過往加工經(jīng)驗(yàn)制備，選取圖3中點(diǎn)H的滲碳層深度分別為0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8 mm的同批次品，在工件所對(duì)應(yīng)的各裝配條件、測(cè)試條件等均不變的情況下進(jìn)行高負(fù)荷耐久測(cè)試。測(cè)試時(shí)通過設(shè)備控制使鋼帶固定在點(diǎn)H進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速、不同扭力的測(cè)試，測(cè)試所采用設(shè)備為滿負(fù)荷模擬試驗(yàn)機(jī)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試完后對(duì)測(cè)試工件進(jìn)行切割(切割試樣見圖4)、打磨、拋光、腐蝕，在金相顯微鏡下進(jìn)行組織分析。

圖4 工件切割示意圖

通過對(duì)帶輪金相組織分析發(fā)現(xiàn)：在滲碳層深度為0.2～0.4 mm時(shí)，如圖5所示，帶輪表面會(huì)出現(xiàn)滲碳不均勻的現(xiàn)象，如圖5(a)所示，同時(shí)馬氏體組織及碳化物組織為4～5級(jí)狀態(tài)，如圖5(b)所示，超出生產(chǎn)品質(zhì)管理規(guī)格。對(duì)相應(yīng)的滲碳層硬度進(jìn)行測(cè)量，在滲碳層表面起始點(diǎn)硬度僅HV646(見圖6)，同樣低于品質(zhì)管理規(guī)格值。此滲碳層深度下的工件在耐久后在點(diǎn)H處出現(xiàn)約0.03 mm的凹陷，如圖7所示，故滲碳層深度在此范圍內(nèi)的產(chǎn)品應(yīng)判定為不合格品，不能投入使用。

圖5 滲碳層深度為0.2～0.4 mm時(shí)金相組織

圖6 滲碳層深度為0.2～0.4 mm時(shí)硬度分布圖

圖7 滲碳層深度為0.2～0.4 mm時(shí)耐久后磨耗量

對(duì)滲碳層深度為0.4～0.6 mm的工件進(jìn)行分析，其金相組織如圖8所示，其中表面滲碳層均勻分布，見圖8(a)；殘余奧氏體、馬氏體等組織處于1級(jí)、鐵素體組織為2級(jí)、碳化物2級(jí)，見圖8(b)，屬于正常的滲碳組織水平。同樣對(duì)相應(yīng)的滲碳層硬度進(jìn)行測(cè)量，如圖9所示，其表面最大硬度值在品質(zhì)要求規(guī)格范圍內(nèi)；同時(shí)工件耐久后僅出現(xiàn)0.002 7 mm的磨損量，如圖10所示。故在此滲碳層深度范圍內(nèi)的工件可以投入使用。

圖8 滲碳層深度為0.4～0.6 mm時(shí)金相組織

圖9 滲碳層深度為0.4～0.6 mm時(shí)硬度分布圖

圖11 滲碳層深度為0.6～0.8 mm時(shí)金相組織

對(duì)滲碳層深度為0.6～0.8 mm的工件進(jìn)行分析，其金相組織如圖11所示，表面滲碳層厚度各處均勻一致，呈直線型分布，但在表面出現(xiàn)明顯的析出碳化物，如圖11(a)所示；同時(shí)在高倍數(shù)顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)邊緣碳化物組織達(dá)2～3級(jí)水準(zhǔn)，處于熱處理后組織管控范圍的臨界點(diǎn)，如圖11(b)所示。同時(shí)對(duì)硬度進(jìn)行測(cè)量，各處硬度值均為正常水準(zhǔn)，未見異常，如圖12所示；耐久后表面磨耗量為0.002 7 mm，如圖13所示，雖然磨耗量在正常范圍內(nèi)，但表層出現(xiàn)細(xì)小的波紋，是否會(huì)對(duì)變速箱性能造成不良影響文中未能進(jìn)行測(cè)試證明。

圖12 滲碳層深度為0.6～0.8 mm時(shí)硬度分布圖

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)帶輪滲碳層深度在0.2～0.4 mm時(shí)，帶輪表面金相組織及表面硬度均超出JIS管理范圍，帶輪的抗磨性能明顯降低，耐久后出現(xiàn)明顯的磨耗，磨耗量約達(dá)30 μm；當(dāng)滲碳層深度在0.4～0.6 mm時(shí)，帶輪表面金相組織及硬度曲線均達(dá)到最佳，此時(shí)抗磨損性能最好，耐久后磨損量?jī)H2.7 μm；當(dāng)滲碳層深度在0.6～0.8 mm時(shí)，帶輪表面金相組織中會(huì)出現(xiàn)碳化物析出現(xiàn)象，但此時(shí)表面硬度仍在規(guī)格范圍內(nèi)，耐久后也未出現(xiàn)較大的磨損，但表面粗糙度出現(xiàn)劣化。所以當(dāng)帶輪滲碳層深度在0.4～0.6 mm時(shí)其抗磨損性能最佳。

【1】VEENHUIZEN.Variator Slip Control Implemented in a Production Vehicle with Pushbelt CVT[C]//3rd CTI Congress，2004．

【2】馮櫻，羅永革，何曉春，等．CVT——無級(jí)變速器的發(fā)展綜述[J]．湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1999,13(4)：15-18． FENG Y,LUO Y G,HE X C,et al.Development Survey of Continuously Variable Transmission[J].Journal of Hubei Automotive Industries Institute,1999,13(4)：15-18.

【3】葉明，李鑫，謝佳佳．搭載機(jī)電控制CVT的驅(qū)動(dòng)工況 調(diào)速策略[J]．重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013,27(7)：14-18． YE M,LI X,XIE J J.Driving Shifting Strategy of Electric System Equipped with Mechanic-electric Continuously Variable Transmission[J].Journal of Chongqing Institute of Technology,2013,27(7)：14-18．

【4】楊為,秦大同.金屬帶式無級(jí)變速傳動(dòng)裝置承載能力研究[J].機(jī)械,2000,27(3):23-25. YANG W,QIN D T.Study on Carrying Capacity of the Metal Pushing Belt Continuously Variable Transmission[J].Machinery,2000,27(3):23-25.

【5】石田繁夫.CVT引領(lǐng)自動(dòng)變速器的技術(shù)革新[C]//TM symposium China(Sub SAE CHINA).北京,2013．

Effect of Carburizing Layer on Wear Properties of CVT Pulley

XIONG Hongkang

(Products Engineering Department of Honda Auto Parts Manufacturing Co.,Ltd.,Foshan Guangdong 528200,China)

A Honda CVT (continuously variable transmission) pulley deformation conditions with different depth of carburizing layer under different heat treatment process were analyzed. Through metallographic analysis, hardness analysis, spectrum analysis and scanning electron microscope, the wear and hardness change rules of the pulley with different depth of carburized layer and different carbon content were gained. The results show that the depth of carburized layer in 0.5～0.8 mm, the surface hardness of HRC58～62, pulley wear is minimal, and with the best wear resistance.

CVT pulley; Carburized layer; Wear properties

2016-09-26

熊鴻康(1985—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)椴牧霞庸すこ?。E-mail:76872988@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.11.017

熊鴻康

(本田汽車零部件有限公司品質(zhì)管理部制品技術(shù)科，廣東佛山 528200)

U473

B

1674-1986(2016)11-067-05