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關于滲氮齒輪硬化層深度的檢測問題

一、標準中的硬化層深度檢測問題


多年以來,齒輪行業對于滲氮齒輪的硬化層深度檢測,一直依據GB/T 11354—2005《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗》規定來執行。其中在滲氮層有效硬化層深度測定方法中,規定了以“基體硬度+50HV”作為滲氮層深度的界限硬度值,而基體硬度是指距離表面約3倍于滲氮層深度位置所測3點硬度的平均值。

而在ISO 6336—2016《Calculation of load capacity of spur and helical gears-Part 5:Strengthand quality of materials》以及對應的GB/T 3480—2008《直齒輪和斜齒輪承載能力計算 第5部分:材料的強度和質量》[3]中的規定是:有效滲氮層深度是指從表面到400HV(或40.8HRC)硬度處的垂直距離,如果心部硬度超過了380HV,則以“基體硬度+50HV”作為界限硬度值。



二、差別驗證


從目前齒輪加工水平(包括刀具)來看,基體硬度一般不會超過380HV,因此按照這兩項標準,則應以400HV為滲氮層的界限硬度值。

那么,分別以400HV和“基體硬度+50HV”為界限硬度值,所測得的滲氮層深度結果會有多大差別呢?圖1是隨機抽檢的滲氮齒輪的檢測結果,統計數據見表1。該齒輪熱處理技術要求為:調質處理,心部硬度23~29HRC(241~277HBW);有效滲氮層深度:0.32~0.54mm。

圖1  某齒輪在兩種界限硬度值下的滲氮層深度

表1  滲氮層深度檢測統計數據

由圖1可見,同一件齒輪,分別以“基體硬度+50HV”(324HV)和400HV為界限硬度值時,滲氮層深度分別為205.28μm(圓整為0.21mm)和445.13μm(圓整為0.45mm),兩者相差一倍以上。

再設定一種情況,就是當心部硬度分別為379HV和381HV時,按照ISO 6336—2016(GB/T 3480—2008)標準,則界限硬度分別為400HV和429HV,由此得到的滲氮層深度差異也很可觀。只不過呈現出與圖1相反的走勢,即以“基體硬度+50HV”為界限硬度值所測得的滲氮層較深,以400HV為界限硬度值的滲氮層較淺。

如果把這種差異以圖線表示出來,則為圖2中的剪刀差形式。當基體硬度超過380HV時,兩條線相重合。

圖2  不同界限硬度值對滲氮層深度檢測結果的影響


由此可以看出,只有當基體硬度為350HV時,兩種評判方法才能達到一致的結果;而偏離350HV越遠,兩種結果的偏差就會越大。


三、結論和建議


1)分別以“基體硬度+50HV”和400HV為界限硬度值,所測得的滲氮層深度會有較大差異。

2)一般情況下,以400HV為界限硬度值所測得的滲氮層深度會小于以“基體硬度+50HV”為界限硬度值的結果。

3)建議GB/T 11354—2005和GB/T 18177—2008等標準再次修訂時,也采納ISO 6336—2016(或GB/T 3480—2008)的規定,對于滲氮齒輪產品,當心部硬度低于380HV時,均以400HV為界限硬度值,避免出現標準之間互相沖突、檢測人員無所適從的情況。對于其他類型產品,仍然可以沿用“基體硬度+50HV”的界限硬度值規定。

4)對于心部(基體)硬度的檢測位置,也應做出更為明確的規定,即以滲氮層深度要求范圍的上限值的3倍深度,作為其檢測位置,這也是滲氮層深度檢測的最前提條件。

5)齒輪設計人員應該注意并適應這種新規定,在過渡時期的產品圖樣等技術文件中,至少應注明滲氮層深度檢測的參照標準或界限硬度值。另外,在齒輪強度和承載能力計算、校核時,也應注意這個問題。

參考文獻:略。

作者:牛萬斌,浙江雙環傳動機械股份有限公司

           盧金生,鄭州機械研究所有限公司


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