CVT帶輪的滲碳層對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管理部制品技術科，廣東佛山 528200)

?

CVT帶輪的滲碳層對其磨損性能的影響分析

研究了Honda某型號CVT(無極變速箱)帶輪在不同熱處理工藝時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、含碳量時帶輪的硬度變化及磨損規律。結果表明，滲碳層深度在0.5～0.8 mm，表面硬度在HRC58～62時，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，意思是無級變速箱，CVT以其出眾的燃油經濟性、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，從發動機側傳遞過來的動力不通過變速齒輪，而是通過兩個滑輪和連接它們的鋼帶進行傳遞[2]，如圖1所示。

圖1 CVT工作原理示意圖

由于主動帶輪側(驅動輪)槽寬的連續變化，如圖2(a)、(b)所示，主動帶輪側及從動帶輪側鋼帶的傳遞間距隨之變化，達到改變傳動比的效果，因此能夠實現齒輪無法達到的平滑的無級變速[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提供高壓力對可移動側帶輪位置進行控制[5]，在這種狀態下高速旋轉，帶輪與鋼帶處于摩擦狀態中，行駛一定時間后，帶輪表面會出現一定的磨損。文中主要研究在特定行駛狀態下帶輪不同滲碳情況對耐磨性的影響。

圖2 鋼帶位置示意圖

1 實驗過程

文中研究的帶輪所使用的材料如表1所示，生產工藝為：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 化學成分表(質量分數) %

測試用帶輪結構及測試區域如圖3所示，參照JIS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(≤ 15%)、鐵素體組織1～2級、碳化物1～3級，滲碳層過渡區不允許有貝氏體；徑向圓跳動控制在0.1 mm以內。

圖3 測試試樣結構示意圖

此次測試所需工件根據過往加工經驗制備，選取圖3中點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，在工件所對應的各裝配條件、測試條件等均不變的情況下進行高負荷耐久測試。測試時通過設備控制使鋼帶固定在點H進行不同轉速、不同扭力的測試，測試所采用設備為滿負荷模擬試驗機。

2 實驗結果

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

圖4 工件切割示意圖

通過對帶輪金相組織分析發現：在滲碳層深度為0.2～0.4 mm時，如圖5所示，帶輪表面會出現滲碳不均勻的現象，如圖5(a)所示，同時馬氏體組織及碳化物組織為4～5級狀態，如圖5(b)所示，超出生產品質管理規格。對相應的滲碳層硬度進行測量，在滲碳層表面起始點硬度僅HV646(見圖6)，同樣低于品質管理規格值。此滲碳層深度下的工件在耐久后在點H處出現約0.03 mm的凹陷，如圖7所示，故滲碳層深度在此范圍內的產品應判定為不合格品，不能投入使用。

圖5 滲碳層深度為0.2～0.4 mm時金相組織

圖6 滲碳層深度為0.2～0.4 mm時硬度分布圖

圖7 滲碳層深度為0.2～0.4 mm時耐久后磨耗量

對滲碳層深度為0.4～0.6 mm的工件進行分析，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、鐵素體組織為2級、碳化物2級，見圖8(b)，屬于正常的滲碳組織水平。同樣對相應的滲碳層硬度進行測量，如圖9所示，其表面最大硬度值在品質要求規格范圍內；同時工件耐久后僅出現0.002 7 mm的磨損量，如圖10所示。故在此滲碳層深度范圍內的工件可以投入使用。

圖8 滲碳層深度為0.4～0.6 mm時金相組織

圖9 滲碳層深度為0.4～0.6 mm時硬度分布圖

圖11 滲碳層深度為0.6～0.8 mm時金相組織

對滲碳層深度為0.6～0.8 mm的工件進行分析，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，但在表面出現明顯的析出碳化物，如圖11(a)所示；同時在高倍數顯微鏡下觀察發現邊緣碳化物組織達2～3級水準，處于熱處理后組織管控范圍的臨界點，如圖11(b)所示。同時對硬度進行測量，各處硬度值均為正常水準，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，但表層出現細小的波紋，是否會對變速箱性能造成不良影響文中未能進行測試證明。

圖12 滲碳層深度為0.6～0.8 mm時硬度分布圖

3 結論

通過實驗分析發現：當帶輪滲碳層深度在0.2～0.4 mm時，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，耐久后出現明顯的磨耗，磨耗量約達30 μm；當滲碳層深度在0.4～0.6 mm時，帶輪表面金相組織及硬度曲線均達到最佳，此時抗磨損性能最好，耐久后磨損量僅2.7 μm；當滲碳層深度在0.6～0.8 mm時，帶輪表面金相組織中會出現碳化物析出現象，但此時表面硬度仍在規格范圍內，耐久后也未出現較大的磨損，但表面粗糙度出現劣化。所以當帶輪滲碳層深度在0.4～0.6 mm時其抗磨損性能最佳。

【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——無級變速器的發展綜述[J]．湖北汽車工業學院學報，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．搭載機電控制CVT的驅動工況 調速策略[J]．重慶理工大學學報，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.金屬帶式無級變速傳動裝置承載能力研究[J].機械,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引領自動變速器的技術革新[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，研究方向為材料加工工程。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管理部制品技術科，廣東佛山 528200)

U473

B

1674-1986(2016)11-067-05