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齿轮渗氮、氮碳共渗工艺及质量控制(JB/T9172-1999)

Tags: JWM螺旋升降机   时间:2015-01-05   点击:
1范围
本标准规定了齿轮渗氮(气体、离子)及氮碳共渗(气体、离子、液体)的有关术语、材料选择、处理设备、工艺有质量控制。
本标准适用于合金结构钢和球墨铸铁制齿轮的渗氮、氮碳共渗以及45碳素结构钢氮碳共渗。
2引用标准
下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准化的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB/T699-1988优质碳素结构钢 技术条件
GB/T1818-1994金属表面洛氏硬度试验方法
GB/T1348-1988球墨铸铁件
GB/T3077-1988合金结构钢 技术条件
GB/T3480-1997渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法
GB/T4340-1984金属小负荷维氏硬度试验方法
GB/T5030-1985金属小负荷维氏硬度试验方法
GB/T9451-1988钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度测定
GB/T11354-1989钢铁零件渗氮层浓度测定和金相组织检验
GB/T13299-1991钢的显微组织评定法
YB/T5148-1993金属平均晶粒度测定方法
JJG74-1992自动平衡式显示仪表检定规程
3术语
本标准采用下列术语。
3.1齿面理度
成品齿轮轮齿工作高度中间部位的齿面硬度。
3.2渗层深度
齿轮或试样经渗氮、氮碳共渗后,从硬化层表面垂直测至规定的硬度或显微组织外的距离。
3.3界限硬度值
为确定渗氮、氮碳共渗后齿轮的有效硬化层深度而规定的最低硬度值。
界限硬度值(实际中心硬度+50),HV。
3.4有效硬化层深度
a)齿轮渗、氮碳共渗后,于齿宽中部轮齿法截面上,在齿高中部沿垂直于齿方向,自表面测至界限硬度值处的深度。
b)试样渗氮、氮碳共渗后,于垂直渗氮表面横截面上,自表面测至界限硬度值外的深度。
4齿轮材料选择
4.1冶金质量
4.1.1化学成分、低倍和高倍组织、非金属夹杂物,应符合GB/T3077、GB/T699的规定。
4.1.2晶粒度应采用本质量细晶粒钢,按YB/T5148评定;当设计疲劳极限值位于GB/T3480疲劳极限区域图的上限时,晶粒度级别必须7级以上。
4.1.3对有特殊要求的齿轮,按用户与制造厂双方协议执行。
4.2锻坯质量与力学性能
4.2.1锻造比:对承载能力高的齿轮,用钢锭锻成齿坯,锻造比应大于或等于5;用轧材料锻成齿坯,锻造比大于或等于1.5,带状组织等于或小于2级(GB/T13299)。对形成白点敏感的材料及大截面的齿轮进行扩散处理,其他齿轮及齿轮轴按各行业规定执行。
4.2.2齿坯流线应在齿坯纵剖面上沿外廓形状分布。
4.2.3力学性能指标不得低于GB/T3077、GB/T699、GB/T1348的规定值。
4.2.4齿坯不得过热,过烧、其晶粒度级别不得低于原材料晶粒度级别。
4.3渗氮、氮碳共渗齿轮材料
作为渗氮齿轮用钢应含有C、V、Mo、Al等在渗氮温度下能形成稳定氮化物的元素,推荐材料如下:
a)渗氮材料:40Cr、35CrMo、42CrMo、25Cr2MoV、18Cr2Ni4MA、38CrMoAlA及相近成分的钢材,珠光体球墨铸铁。
b)氮碳共渗材料:45、40Cr、35CrMo、42CrMo、25Cr2MoV等。
注:当齿轮设计的接触疲劳极限与弯曲疲劳极限位于GB/T3480疲劳极限区域的不同位置时,参见附录A(提示的附录)选择材料。
5设备要求
5.1气体渗氮、氮碳共渗设备
a)齿轮在有效加热区内加热时,其设备应能保证处理温度控制在预定温度±10℃之内;
b)渗氮、氮碳共渗炉氨的分解率应能根据工艺要求作适当的调整;
c)渗氮、氮碳共渗炉应能根据工艺要求良好密封;气体应均匀接触齿轮表面,最好有流通装置;
d)测试仪表的精度为0.5级(JJG74);
e)氮碳共渗设备应具有充分燃烧、热电厂出废气的装置,环境中CN-含量应控制在0.3mg/m3以下;
f)渗氮罐应定期进行退氮处理。
5.2离子渗氮、氮碳共渗设备
a)设备应设置电压、电流、温度、真空度和气体流量的测量指示仪表,温度应能自动控制和记录;
b)极限真空度应不低于6.7Pa(5×10-2Torr),压升率不大于1.3×10-1Pa/min(1×10-3Torr/min);
c)设备应具有可靠的灭弧装置。
5.3液体氮碳共渗设备
a)应有良好的吸风防护罩等安全防护装置;
b)应有中和消除有毒废液处理装置,排放须符合环境保护条例。
6工艺控制
6.1渗剂
6.1.1常用种类
a)渗氮:氨、热分角氨、氮氢混合气、氨加氧;
b)氮碳共渗:氨加甲醇、氨加二氧化碳、氨加吸热性气氛、微毒盐类等。
6.1.2要求
渗剂不得对齿轮产生有害影响,应符合标准渗剂技术条件。
6.2齿轮渗氮、氮碳共渗预处理要求
6.2.1基体处理
6.2.1.1合金结构钢打用调质。调质回火温度一般比渗氮温度高20℃以上,调质加工表面不允许有脱碳,调质硬度应符合技术条件。
6.2.1.2碳素钢氮碳共渗齿轮在冲击性能要求不高时可采用正火处理,正火后硬义应符合技术条件要求。
6.2.2去应力退火
对变形要求小的齿轮,在渗氮前应进行一次或数次去应力退火,其最高温度应低于调质回火温度,高于渗氮、氮碳共渗温度。
6.2.3表面清理
齿轮渗氮、氮碳共渗前必须除去锐边、清洗干净,不得有油污、氧化皮等其它有害的杂物。
6.2.4局部防渗
对不需渗氮、氮碳共渗部位,用镀层、防渗涂料或机械屏蔽法防渗。
6.2.5待处理齿轮表面粗糙度Ra应小于3.2μm。
6.2.6夹具
6.2.6.1气体渗氮及氮碳共渗夹具应设计合理、吊挂牢固。经一定时间使用后要进行退氮处理。
6.2.6.2离子渗氮及氮碳共渗夹具与齿轮之间的间隙应适当,以免打弧。
6.3齿轮渗氮、氮碳共渗工艺规程
6.3.1随炉试样
a)随炉试样的材料成分、预先热处理、金相组织、力学性能应与齿轮相一致。高可靠度齿轮最好在齿轮上取样;
b)试样尺寸(圆棒直径或方形试样厚度)应近似于分度圆齿厚;
c)随炉试样被检表面粗糙度Ra应小于0.8μm,表面不得有脱碳层、氧化皮、锈斑和油污;
d)试样应放置在能代表该炉齿轮渗层质量的位置上。
6.3.2装炉
齿轮的装炉量、位置及方向要恰当,使炉内介质流畅和每个轮齿加热均匀,以减小变形。
6.4齿轮渗氮、氮碳共渗工艺
6.4.1温度及参数
根据齿轮材料、形状、模数及技术要求选取表1中的温度及参数。
表1
工艺类型
气体渗氮
氨分解率%
均温
第一段
第二段
第三段
强渗期
扩散期
退氮期
一段法
430~450
450~530
-
-
15~35
40~60
>90
二段法
480~530
540~570
18~30
50~70
调整
30~40
退氮
>95
三段法
480~500
500~530
工艺类型
离子渗氮
氮碳共渗
温度℃
气压Pa(Torr)
温度℃
第一段
第二段
第三段
一段法
450~530
-
-
66.7~1066
(0.5~8)
560~580
二段法
480~530
540~570
-
三段法
480~500
500~530
6.4.2处理时间
按齿传输线材料、渗层深度要求选择的工艺类别等综合确定。一般按每小时0.01mm的平均渗速估算时间。
6.4.3冷却方式
a)气体渗氮、离子渗氮、离子氮共渗后在炉内冷至200℃以下后空冷;
b)所体氮碳共渗后也可采用油冷;
c)液体氮碳共渗后一般采用水冷;
d)为减少变形,对高精度不磨齿的齿轮可采用分段冷却。
6.4.4清洗
液体氮碳共渗后要及时清洗、中和附在齿轮上的残盐、残渣。
7齿轮渗氮、氮碳共渗质量控制与检验方法
7.1随炉试样检验
7.1.1表面硬度
表面硬度检验按GB/T5030、GB/T4340、GB/T1818测量;对渗氮后要磨削的齿轮,应将试样表面磨去加工余量后测量,硬度应符合技术条件规定,推荐测试负荷见表2
表2
有效硬化层深度mm
≤0.15
>0.15~0.3
>0.3
维氏硬度(HV)测试负荷N
9.806
49.03
98.06,也可用(HR15N)
7.1.2渗层深度
渗层深度检验以硬度法为主,金相法为辅,检验结果应符合产品技术要求。
7.1.2.1硬度法
测定有效硬化层深度,选用4.9N负荷,从试样表面垂直测至界限硬度处的距离。
测试负荷只能在1.96~19.6N范围内选取。
渗层深度在0.3mm以下时,按GB/T9451进行测定。
7.1.2.2金相法
用金相显微镜按GB/T11345规定,从试样表面垂直测至与基本组织有明显分界处的距离。当其体组织界线不明显、无法正确判断时,应以硬度法为准。
7.1.3心部硬度
随炉试样磨制后,在大于渗层两倍处测定3点硬度,取其平均值作为心部硬度,测定方法按GB/T4340或GB/T230规定,测量结果应达到技术要求。
7.1.4脆性
按GB/T11354有关规定检验压痕周边碎裂程度,每件测3点,至少有两点处于相同级别,1~3级为合格,对留有磨量的齿轮,可磨去加工余量后测量,测量结果应符合技术条件。对要求高的齿轮,经双方协商可对试样采用声发射法检验。
7.1.5渗层疏松
渗层表面化合物层疏松按GB/T11354评定,1~3级为合格。
7.1.6渗层中氮化物形态
渗层扩散层中氮化物形态按GB/T11354评定,1~3级为合格。
7.1.7渗氮、氮碳共渗化合物层厚度与硬度
化合物层厚度与硬度应符合产品图样技术条件,厚度用金相显微镜测定;硬度使用显微硬度计测定,负荷采用0.49~0.98N。
7.1.8其他
根据用户要求或产品需要,可测量表面相结构的组成或残余应力。
7.2齿轮渗氮、氮碳共渗质量检验
7.2.1外观
齿轮渗氮、氮碳共渗后用肉眼检查表面,不得有氧化皮、碰伤、剥落、电弧烧伤、残盐存留等缺陷。
7.7.2齿面硬度
a)抽检批量生产的齿轮,当随炉试样合格时,每批抽检1件,约在相隔120°的三个轮齿上,在齿高中部各测1~3点,也可用维氏硬度计或表面洛氏硬度计(HR15N)测量端面或齿顶硬度;
b)当随炉试样检查不合格时,应取同炉的齿轮3件,每件测3个轮齿,每个轮齿测1~3点;
c)对无法用硬度计检查的齿轮,一般以随炉试样的测量值为准;
d)硬度不符合技术条件要求时,应根据具体情况进行返修处理或判废。
7.2.3渗层深度与轮齿中心硬度
a)批量生产的齿轮,在随炉试样检验合格情况下应定期抽检。若随炉试样不合格,则该批至少抽检1件齿轮。检验方法同7.1.2、7.1.3;
b)单个重要的齿轮,一般以随炉试样测量为准,经协商可将一个轮齿的末端沿一个角度磨制抛光并腐蚀,用带有刻度的放大镜测量渗层深度。用肖氏硬度计检测轮齿中心的硬度,测量结果应达到产品图样和技术文件的规定值;
c)渗氮、氮碳共渗层深度的均匀度为技术条件要求中值的±15%。
7.2.4抽检
抽检齿轮的渗氮、氮碳共渗层脆性、渗层疏检、氮化物形态。检查同7.1.4、7.1.5、7.1.6。
7.2.5变开
对精度要求高齿轮,抽查1~3件,用相应量具检查齿轮几何精度,其结果应符合技术条件要求。
7.2.6局部防渗
用肉眼观察局部防渗部位,一般应基本保持应金属色,若发现有渗氮色,可用硬度计或高硬度锉刀进行检查,以下影响切削加工为准。
附录A
(提示的附录)
渗氮、氮碳共渗齿轮常用材料选择
表A1渗氮、氮碳共渗齿轮常用材料选择
齿轮疲劳极限N/mm2
常用材料
渗氮、氮碳共渗后表面最低硬度值HV1
接触疲劳σHin
弯曲疲劳σFlim
≤650
250≤
45
300
球光体球墨铸铁
400
650~800
250~280
40Cr
500
800~950
250~300
38CrMoAlA
850
850~1000
300~350
35CrMo
42CrMo
550
1000~1250
350~420
25Cr2MoV
18Cr2Ni4WA
650
注:
1疲劳极限适用于渗氮层深度0.3mm以上;
2各材料心部抗拉强度应大于900N/mm2
3表中推荐数据适用于常温条件;
4特殊使用的齿轮经用忘掉和制造厂商选取其它材料。
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