Study on the effect of surface composite strengthening on the surface integrity of 18CrNiMo7-6 carburized gear steel

WANG Zhen; SUN Hao; CUI Yilong; LI Linyan; WANG Tao; HAN Jiaobao

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.08.005

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Study on the effect of surface composite strengthening on the surface integrity of 18CrNiMo7-6 carburized gear steel

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2025-08-18

- Study on the effect of surface composite strengthening on the surface integrity of 18CrNiMo7-6 carburized gear steel
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 8, Pages: 36-47(2025)
- 作者机构：
  
  1.郑州航空工业管理学院自动化学院，郑州 450046
  2.中国机械总院集团郑州机械研究所有限公司，郑州 450001
- 作者简介：
  
  WANG Zhen, E-mail: wangzhen@zua.edu.cn
- 基金信息：
  
  Natural Science Foundation of Henan Province(242300420052)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.08.005
  CLC： TG668;TB115
- Received：02 February 2024，
  
  Revised：08 April 2024，
  
  Published：15 August 2025
- 稿件说明：
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王振，孙浩，崔义龙，等.表面复合强化对18CrNiMo7-6渗碳齿轮钢表面完整性的影响研究［J］.机械强度，2025，47（8）：36-47.

WANG Zhen，SUN Hao，CUI Yilong，et al.Study on the effect of surface composite strengthening on the surface integrity of 18CrNiMo7-6 carburized gear steel［J］.Journal of Mechanical Strength，2025，47（8）：36-47.
王振，孙浩，崔义龙，等.表面复合强化对18CrNiMo7-6渗碳齿轮钢表面完整性的影响研究［J］.机械强度，2025，47（8）：36-47. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.08.005.

WANG Zhen，SUN Hao，CUI Yilong，et al.Study on the effect of surface composite strengthening on the surface integrity of 18CrNiMo7-6 carburized gear steel［J］.Journal of Mechanical Strength，2025，47（8）：36-47. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.08.005.

摘要

喷丸强化工艺广泛应用于齿轮等基础零部件的制造过程，其自身局限性限制了工件表面完整性的提升。为进一步提升工件表面完整性，采用数值模拟与试验相结合的方法，研究二次喷丸、喷丸-超声滚压这2种表面复合强化工艺对18CrNiMo7-6渗碳齿轮钢试样表面完整性的影响效果，主要分析两种复合强化工艺对喷丸强化试样表面完整性的改善效果。结果表明，二次喷丸强化试样残余压应力最大值为1 359.56 MPa，位于0.08 mm的深度位置。喷丸-超声滚压强化试样残余压应力最大值为1 329.05 MPa，位于0.25 mm的深度位置。相较于单次喷丸强化试样，二次喷丸强化试样和喷丸-超声滚压强化试样，表面粗糙度分别下降29.42%、62.76%，表面显微硬度分别提升8.70%、17.60%，表面节点残余压应力值标准差分别下降23.36%、89.50%。喷丸-超声滚压强化工艺在提升试样表面硬度、残余应力层厚度和残余压应力均匀性以及降低表面粗糙度等方面效果更显著，能够有效改善喷丸强化试样的表面完整性。

Abstract

Shot peening process is widely used in the manufacturing process of gears and other basic components

and its own limitations limit the enhancement of the surface integrity of the workpiece. In order to further improve the surface integrity of the workplece

A combination of numerical simulation and experimental methods was utilized to study the effect of two surface composite strengthening processes

such as double shot peening and shot peening-ultrasonic rolling

on the surface integrity of 18CrNiMo7-6 carburization gear steel samples

and mainly analyzed the effect of the two composite strengthening processes on the improvement of surface integrity of the shot peened samples. The results show that the maximum value of the residual compressive stress of the double shot peening sample was 1 359.56 MPa

locates at the depth of 0.08 mm

and the maximum value of the residual compressive stress of the shot peening-ultrasonic rolling peening sample was 1 329.05 MPa

locates at the depth of 0.25 mm. Compare with the single shot peening sample

the surface roughness of the double shot peening sample and the shot peening-ultrasonic rolling sample was 29.42% and 29.42% lower than that of the single shot peening sample. Compare with the single shot peening samples， the surface roughness of the double shot peening samples and shot peening-ultrasonic tumbling peening samples decreased by 29.42% and 62.76%， respectively

the surface microhardness increased by 8.70% and 17.60%

and the standard deviation of the surface node compressive residual stress value decreased by 23.36% and 89.50%. The shot peening-ultrasonic rolling process is more effective in enhancing the surface hardness

thickness of the residual stress layer and uniformity of the residual compressive stress

as well as reducing the surface roughness of the specimens， and can effectively improve the surface integrity of the shot peened samples.

关键词

Keywords

references

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