JB/T 7516-1994 齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制

B中华人民共和国机械行业标准JB/T7516-94齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制1994-1025发布1995-10-01实施中华人民共和国机械行业标准齿轮气体渗碳热处理工艺JB/T7516-94及其质量控制1主题内容与适用范围本标准规定了气体渗碳热处理齿轮的材料选择、热处理设备、工艺及其质量控制本标准适用于钢制齿轮的气体渗碳、淬火、回火处理2引用标准GB1818金属表面洛氏硬度试验方法GB1979结构钢低倍组织缺陷评级图GB3077合金结构钢技术条件渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法GB4340金属维氏硬度试验方法GB5216保证淬透性绪构钢技术条件金属平均晶粒度测定方法GB8539齿轮材料及热处理质量检验的一般规定GB9450钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核GB9452热处理炉有效加热区测定方法GB10561钢中非金属夹杂物显微评定法GB/T230金属洛氏硬度试除方法GB/T13299钢的显微组织评定法JB/T6077齿轮调质工艺及其质量控制ZBG51108防渗涂料技术条件ZBJ36012钢件在吸热式气氛中的热处理ZB/TJ17004齿轮火焰及感应淬火工艺及其质量控制BT04001汽车渗碳齿轮金相检验3齿轮材料3.1选材原则31.1所选齿轮钢材经各种机械加工和气体渗碳热处理后能满足产品性能的设计要求3.1.2材料应为本质细晶粒钢3.1.3对可靠度要求高的齿轮及大批量生产的齿轮应采用保证淬透性结构钢3.1.4材料的热加工性能及切削加工性能应能满足生产要求3.1.5考虑经济性和货源情况3.2推荐渗碳齿轮用钢材根据使用条件及钢材淬透性分档选用,除另有规定外,推荐钢材见表1机械工业部19941025批准1995-1001实施JB/T7516-94应用范围机床齿轮,轻载荷齿轮20CrMo20CrMnTi20CrMnMo汽车、拖拉机、机床、工程机械船用减速器机车及一般工业齿轮12CrNi315CrNi320CrNi2Mo化工冶愈、工程机械机车、电站船舶、航空坦克等高速齿轮及承受冲击载荷较大的重20Cr2Ni4A载齿轮18Cr2Ni4WA3.3材料冶金质量3.3.1材料的化学成分、力学性能、一般蔬松、中心疏松、偏析及表面质量按GB3077、GB1979规定GB3077中未列入的材料其技术条件及材料的尺寸精度按双方协议控制。齿轮制造厂应具有钢厂质量保证书,并应进行抽检复核3.3.2材料的奥氏体晶粒度应为5级以上,不应有混品现象,按GB6394检验3.3.3材料的淬透性带应在GB5216规定的范围内。有特殊要求时,距端淬试样末端一定距离的硬度范围由用户与钢厂协商确定334非金属夹杂物按GB10561检验,氧化物、硫化物应各不大于3级。对可靠度要求高的齿轮,需保证材料的纯度,采用以真空冶炼、电渣重熔或真空重熔等方法冶炼的钢材,材料的含氧量应控制在20ppm以下,含氢量控制在5ppm以下,含硫量小于0.015%,当有特殊要求时,按双方协议规定。3.3.5材料的带状组织按GB/T13299检验,一般应不大于3级3.4锻件质量34.1齿轮锻件的始锻、终锻温度应严格控制3.4.2锻造时应使坯料整个截面得到均匀变形锻造比按GB8539规定。若采用封闭锻造,其流线应基本上呈径向分布,对大型轴齿轮按有关行业规定3.4.3锻坯不应有裂纹、折叠、过热及其他内部缺陷,也不能有最后加工无法除去的表面缺陷4热处理设备技术要求4.1渗碳设备4.1.1渗碳可采用连续式气体渗碳炉、密封箱式炉、井式气体渗碳炉等。4.1.2连续式气体渗碳炉及密封箱式炉应能在加热、保温、冷却等各个阶段所设定的温度下保持所需的时间。4.1.3连续式气体渗碳炉、密封箱式妒及井式气体渗碳炉的有效加热区内的温度应控制在预定值的±10C以内。有效加热区按GB9452的规定测试4.1.4渗碳加热设备应结构合理,设有使炉内气氦均匀流动的装置渗碳加热室应具有良好的密封性,渗碳的原料供给系统应安全可靠。4.2港碳后淬火加热设备4.2.1转炉、密封箱式妒和井式气体渗碳炉等加热设备,其有效加热区内的温度应控制在预定值的±10℃以内JB/T7516-942.2感应加热设备应符合zB/TJ17004要求4.2.3盐浴炉加热时,盐浴不应对齿轮有腐蚀、脱碳及其他有害影响43淬火冷却设备及冷却介质4.3.1淬火冷却设备应具有可以控制的加热、冷却循环系统及搅拌装置43.2淬火冷却设备应装有防火排烟装置。4.3.3淬火冷却介质应具有齿轮淬火所要求的冷却能力,且不易老化,其技术要求应符合有关标准,在生产现场应有定期分析和调整的管理制度,以确保淬火质量4清洗设备清洗设备应具有浸泡、喷淋、油水分离等功能。清洗液可用碱水,其温度为80~90℃,也可用专用清洗剂45回火设备4.5.1回火可采用连续式或周期式炉,其炉内有效加热区的温度应控制在预定值的±10℃以内。45.2回火设备应配有排油烟装置4.6温度的测定及控制设备4.6.1涉碳淬火加热炉、回火炉应配有温度测控、自动记录及报警装置,淬火冷却设备应配有温度测控装置4.6.2测温仪表及热电偶应定期校验,井应符合GB9452的规定。7炉内气氛的测定及控制设备炉内气氛可采用CO红外仪、氧探头、电阻丝露点仪、定碳片及取气分析等任一方法进行测定与控制相关设备按各自使用说明书操作。碳势控制精度应在士0.05%范围内。5渗碳前的预备处理5.1正火51.1锻造后的齿轮锻坯应进行正火正火温度一般为890~950℃,保温时间根据锻坯有效尺寸、装炉情况及炉型而定,锻坯出炉后不应堆放冷却,而应散开空冷或喷雾冷却51.2对于某些合金结构钢,当采用正火加回火工艺时,正火温度略高于渗碳温度,回火温度为600680℃51.3根据钢材特性和锻造生产具体条件,可采用锻造余热等温退火或锻造余热正火工艺s.L.4锻坯正火后或正火加回火后的硬度应符合工艺文件规定,其测试部位可参照JB/T6077;硬度应均匀,单件硬度差值≤25HBs同一批硬度差≤40HBS5.2等温週火对于高精度齿轮,为增加预处理组织均匀性,可采用等温退火工艺53去应力处理对要求高的齿轮以及模数大于14mm的齿轮,齿形粗加工后应进行去应力退火处理或在600~650℃进行高温回火6渗碳处理前的准备工作6.I探伤对可靠度要求高的齿轮应进行超声波或磁粉探伤检验,其技术指标可按GB8539或各行业规定2表面清理待渗碳的齿轮及吊装夹具均应进行清理或置于450~550℃炉内气化脱脂除去表面油污铁屑及其他有害杂物63防渗揩施JB/T7516-94对齿轮不需渗碳的部位,可以采用防渗涂料涂敷表面防渗涂料应附着牢固渗碳处理后应易脱落且对齿轮表面质量无有害影响其技术指标按ZBG51108规定,也可采用镀铜或预留加工量等防渗措施64吊装夹具根据处理设备类型及齿轮的结构特点设计吊装夹具6.4.1夹具的结构尺寸应保证其在高温状态下具有足够的刚性,吊装夹具经多次使用后不应对齿轮有较大的畸变影响,必要时必须及时更换6.4.2夹具应保证在处理过程中齿轮各部位加热、冷却均匀渗碳气氛流动均匀并使生产操作安全方65随炉试样随炉试样材料应与被处理齿轮材料相同,其形状尺寸应能代表齿轮实际处理情况根据需要可采用以下任一形式6.5.1仿形试样或齿形试样,应至少含有3个轮齿。齿根以下截面厚度等于齿根圆齿厚的二分之或根据齿轮模数选取,一般应大于10mm;齿宽为齿根圆齿厚的2~3倍,如图1所示图1齿形试样6.52渗碳层检验试样见表2罢棒试样尺寸直径x长度dxl直径=1/2齿高处的齿厚,长度=(2~3)×直径6.5.3心部硬度与心部组织检验试样见表3。烈怖试样尺寸>6~1056×130>10~1890×20565.4采用盘形试样时,其厚度应大于表2表3中相应圆棒试样直径的70%,而直径应大于厚度的3JB/T7516-946.5.5用于锥齿轮的盥棒试样,其直径大小可按齿宽中部模数值参照表2和表3确定6.5.6随妒定碳剥层圆棒试样尺寸:dXl,25mm×100mm6.5.7随炉试样数量根据设备类型及装炉情况确定,试样应放置在能代表齿轮热处理质量的部位。周期式渗碳炉的中检试样,按各企业规定执行66渗碳原料的选用根据热处理设备的类型、渗碳原料的特性及供应状况选择661滴注式气体渗碳炉可采用专用渗碳油煤油、丙酮异丙醇、醋酸乙酯、甲苯等任一种作涉碳剂,用甲醇作稀释剂66.2可控气氛渗碳时,吸热式气氛原料气为天然气和液化石油气,其成分应符合ZBJ36012规定6.6.3渗碳原料应成分稳定、有害杂质含量低,含硫量应在0.02%以下,检验符合要求后使用6.7对于新购置的及较长时间未作渗碳使用的设备以及新夹具应进行预渗处理7工艺控制7.1渗碳工艺规范7.1.1装炉7.1.1.1将准备就绪的齿轮和随炉试样安放在吊装夹具上。对于中、小模数的薄壁齿轮应采用挂装或托垫形式的夹具,对带有花键孔的齿轮应支承合理7.1.1.2齿轮装在夹具上时,轮齿之间不得有搭接,且轮齿工作面之间应留有足够间隙。7.1.1.3井式气体渗碳炉的中检试样可在齿轮装炉后或排气结束后放入试样孔7.1.2排气1.2.1齿轮装炉后,温度达750℃以上时大量滴入甲醇达850℃后再通入渗碳剂7.1.2.2当采用井式气体渗碳炉处理易变和可靠度要求高的齿轮以及装炉量较大时,应采取分段均温加热方式同时通入氮气开始排气炉温升至750℃后滴入甲醇,7.1.2.3当炉温达到设定的渗碳温度,且炉气碳势达0.8%时,即为排气结束转入强渗阶段7.13渗碳温度和时间渗碳温度一般为890~930℃,渗碳时间根据钢材特性、渗层深度要求、渗碳温度、渗碳原料特性、炉型等条件决定7.1.4扩散对于要求渗层梯度平缓的齿轮,强渗后应进行扩散。但当要求有效硬化层深度小于1mm时,可不进行扩散7.1.4.1当使用井式气体渗碳炉时,在强渗阶段后期取出中检试样检验渗层深度,根据技术要求适时转入扩散阶段7.1.4.2从强渗阶段转入扩散阶段时,一般温度不变,并应合理调整渗碳原料的比例及用量,必要时可通入能快速降低炉内碳势的气体,如氮气、空气等7.143当使用井式气体渗碳炉时,在扩散阶段末期检查中检试样,根据要求的渗层深度及表层含碳量确定实际扩散时间7.1.5碳势控制原则1.5.1强渗期碳势控制一般情况下,在不出现炭黑及工件表面碳化物级别允许的前提下,在强渗期炉内应具有最高碳势,以获得最快的渗速7.1.5.2扩散期碳势控制一般以工件表层达到设计要求的碳浓度确定妒内碳势7.153当有微机控制时,应能根据齿轮渗层碳浓度分布的设计要求进行自动测控7.1.6降温处理温至840JB/T7516-94860C保温0.5~1h后投入淬火介质中冷却;需重新加热淬火的齿轮,在渗碳炉内降温至820~880C保温适当时间后移至冷却装置中冷却,并应采取防氧化脱碳措施齿轮冷至350℃以下方可空冷;当齿面有较大加工留量时可采用空冷;镍铬含量较高的材料,冷至150~200℃后进行高温回火7.2淬火工艺规范7.2.1直接淬火齿轮经气体渗碳后在渗碳炉内降温至840~860℃保温0.5~1h,尔后投入淬火介质中冷却。用井式气体渗碳炉处理的齿轮出炉后应尽快投入淬火介质内,以避免表面产生异常组织7.2.2重新加热淬火对于渗碳后需机械加工或由于钢材特性渗碳后需预冷,以及需经1~2次高温回火或球化退火的齿轮应进行重新加热淳火7.2.2.1一次加热淬火一般加热温度为820~860℃。对用连续式气体渗碳炉或密封箱式炉渗碳的齿轮,为细化品粒在冷却装置中冷至600℃后,再重新加热至淬火温度7.2.2.2二次加热淬火第一次淬火加热温度为860~880℃,保温后淬火冷却待工时冷至室温后再进行第二次淬火其第二次加热温度为780~800c冷却方法同前。7.3清洗齿轮及吊装夹具经淬火冷却至适当温度后方可进行清洗4回火工艺规范7.4.1齿轮清洗后应及时低温回火,一般间隔不超过4h,根据图样技术要求的硬度及钢种确定回火温度,一般为160~220℃,回火时间为2~4h,对于高镍铬钢大型齿轮要充分回火,一般为10~20b,74.2对于高精度齿轮磨齿后应进行去应力回火温度为140~160℃,保温时间不少于2h74.3对于合金元素含量较高的钢,渗碳缓冷后在重新加热淬火之前进行一次或二次高温回火,回火盘度为600~700℃C,每次时间为2~6h7般齿轮不采用冷处理。对于精度和可靠度要求高的齿轮,当渗碳表层组织中有过多残余奥氏体且最终硬度要求58HRC以上时方进行冷处理7.51齿轮在冷处理前后均应进行低温回火处理,以免产生显微裂纹。7.5.2冷处理温度为-70~-80℃,时间为2h,大齿轮适当延长时间7.5.3齿轮经冷处理后应使其温度回升到室温再进行低温回火但间隔不得超过4h7.6喷砂或喷丸热处理后齿轮按要求进行喷砂清理或喷丸强化8质量控制与检验方法81随炉试样检验8.1.1表面硬度8.1.1.1根据有效硬化层深度选用洛氏,表面洛氏等硬度计选择方法见表4或按各行业规定,并按GB/T230或GB1818规定检测。硬度值应符合图样技术要求有效硬化层深度硬度计量类别硬度范围>0.5~0HR45N63~6981.12当图样要求测表层硬度时,用维氏硬度计在试样截面上距表面0.05~0.10mm处测定,测定JB/T7516-94方法按GB4340.对渗碳淬火后需要磨齿的齿轮,表面硬度的测定部位应为从试样表面至轮齿单侧加工余量深度之处8.1.1.3表面硬度的均匀性要求见GB85398.1.2心部硬度心部硬度值一般要求30~45HRC,可由设计者根据齿轮使用条件选定8.1.2.1齿形试样心部硬度的测定位置参见GB8539。81.2.2当用圆棒试样时在试棒长度中部截取10mm厚的试样,在试样横截面中心处测定。试样尺寸与模数关系应符合表38.1.3有效硬化层深度8.1.3.1对于渗碳淬火后需加工的齿轮,渗碳的工艺层深应为图样上标注的深度加上轮齿单侧的加工余量8.1.3.2有效硬化层深度的测定应以硬度法为准测定部位按GB8539规定,测定方法按GBGB4340规定,也可按各行业规定或生产厂与用户的协议8.1.3.3用金相法、斷口法检测渗层深度时应预先找出与硬度法测定有效硬化层深度的关系成品齿轮满足图样技术要求8.1.3.4渗碳齿轮有效硬化层深度推荐值见附录A(参考件)8.1.3.5当图样要求测定齿根有效硬化层深度时,应在齿形试样的法截面上向内测定8.1,36若随炉试样有效硬化层深度不符合技术要求,则从该批中至少再抽取一件齿轮解剖测定,并以其测定結果为准8.1.4表层含碳量8.】.4.1表层含碳量为表面至0.10mm深度范围的平均含碳量8.L.4.2如无特殊要求,表层含碳量一般控制在0.8%~1.0%范围内,原则上不低于相应钢材的共析含碳量8.14.3表层含碳量可用试样剥层进行化学分析,也可用金相法判别或用直读光谱仪分析81,44应用各种碳控技术对渗碳过程进行控制时应预先找出各种钢材渗碳时,其表层含碳量与气氛碳势的关系8.1.4.5当新产品试制或工艺调试时,应检验表层含碳量在批量生产中,若渗碳过程无任何气氛控制措施时,应定期检验表层含碳量8.1.5表层组织8.1.5.1残余奥氏体按各行业金相检验级别图评定。一般齿轮应控制在30%以下,高精度齿轮应控制在20%以下。对于留有加工余量的齿轮,评定部位按内控标准规定8.1.52马氏体按各行业金相检验级别图评定,对于齿形试样应以分度圆附近的严重视场作为评判依据8.L5.3碳化物按各行业金相检验级别图评定,当采用ZBTo4001碳化物评级图时,若试样在400倍下无明显碳化物但试样表面硬度及含碳量合格,表层组织不为亚共析状态时,可评为1级8.1.5.4表层脱碳试样经4%硝酸酒精溶液轻腐蚀后,置于显微镜下放大400倍观察,对于齿形试样着重检查齿根圆角处脱碳层深度应不大于0.02mm或按GB8539分档控制8.1,5,5表层非马氏体试样经4%硝酸酒精溶液轻腐蚀后,置于显微镜下放大400倍观察,对于齿形试样检测分度圆及齿根圆角处,按GB8539分档控制。按各行业规定或生产厂与用户的协议检验8.1.7至表面硬度降、至心部硬度降JB/T7516-981.8心部冲击性能当用户有要求时,在随炉國棒试样或齿坯试样上取料,加工成冲击试样,进行冲击试验8.2齿轮热处理质量检验8.2.1外观齿轮经热处理后,表面不得有氧化皮、碰伤、剥落锈蚀等缺陷8.2.2齿面硬度8.2.2.1应根据齿轮重要程度、批量及炉型规定抽检数量8.2.2.2测定部位以齿面为准也可测齿顶或端面但应考虑其与齿面硬度的差异,测量点要求分布在约相隔120°的三个轮齿上,每个轮齿上一般不得少于2点,其硬度值应符合图样技术要求8.2.2.3硬度计应稳定、可靠、重现性好,当选用齿面硬度计检测齿面时,应将测头垂直于齿面;当用洛氏硬度计检测齿顶时,应将被测处用砂纸打磨,其表面粗糙度应符合GB/T230规定,测量时应放置平稳;当用锉刀检验齿顶、齿根硬度时,锉刀应为标准锉刀;当用肖氏硬度计或里氏硬度计D型冲头装置检测时,齿轮的有效硬化层深度必须大于0.8mm8.2.2.4对于无法用硬度计检测的齿轮,一般以随炉试样的测量值为准8.2.2.5当硬度不符合技术要求时,应加倍抽检,若仍不符合则应根据具体情况进行返修或判废8.2.3有效硬化层深度82.3.1当采用各种碳控技术控制渗碳过程且生产质量稳定时,可以随炉试样的检测结果为准。抽检期可根据具体情况确定。8.2.3.2对批量生产的齿轮,当渗碳气氛无任何控制措施时,在试样合格的情况下,每周应抽检一件齿轮解剖测定。检验方法同8.1.3条,8.2.4表层组织、心部硬度、心部组织般以随炉试样的检测结果为准,工厂可根据具体情况,确定解剖齿轮检验项目及检验周期。检验方法同8.1.5,8.1.2、8.1,6条8.2.5裂纹8.2.5.1在热处理和磨齿后,可靠度要求高的齿轮应100%检验,一般齿轮应进行抽检,磨加工后表面一般不允许有裂纹8.2.5.2裂纹的检验方法可采用以下任意一种,如磁粉探伤、超声波探伤、荧光浸透及染色浸透探伤8.2.5.3冷处理后微裂纹的检脸用显徵镜放大400倍观察随炉试样,在0.30mm×0.25mm的矩形范围内,长度大于1个晶粒的微裂纹不得超过10个8.2.6琦变82.6.I热处理后畸变量应控制在有关技术要求的范围内82.6.2批量生产时,抽检项目和件数按产品图样的技术要求8.26.3单件生产的齿轮应定期抽检9记录内容a,齿轮材料、数量、件号、炉号;b渗碳热处理工艺流程及工艺参数;c.检验的项目、部位及结果d.热处理操作人员、检验人员的姓名或代号;e.操作、检验日期JB/T7516-9附录A渗碳齿轮有效硬化层深度推荐值(参考件)A1涉碳齿轮有效硬化层深度推荐值见表A1表A1mm渗碳齿轮有效硬化层深度滲碳齿轮有效硬化层深度界限值:550HV界限值;550HV2.00~2.600.25~0.502,00~2.602.30~30.50~0.752.60~3.500.65~1.003.00~3.90075~130203.60~4.503.70~4.801.30~180254.00~5.001.50~2.004.00~5.000~2.304.00~51.80~2.30火齿轮分度圆处最小有效硬化层深度DCm,可根据接触载荷引起最大剪切应力的深度见式(A1)式中:DC最小有效硬化层深度,mm;——计算接触应力,MPa齿轮分度圆直径,mm;a—端面分度圆压力角;只—基圆螺旋角UH—硬化工艺系数MPa(渗碳齿轮:4.4×10MPa)r—小齿轮齿数z:—大齿轮齿数;“+”用于外啮合传动用于内啮合传动附加说明:本标准由全国齿轮标准化技术委员会提出并归口本标准由机械工业部郑州机械研究所负责起草本标准主要起草人李耀珍康力李泰吉汤峰陈若愚