1范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了齒輪滲氮（氣體、離子）及氮碳共滲（氣體、離子、液體）的有關(guān)術(shù)語、材料選擇、處理設(shè)備、工藝有質(zhì)量控制。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于合金結(jié)構(gòu)鋼和球墨鑄鐵制齒輪的滲氮、氮碳共滲以及45碳素結(jié)構(gòu)鋼氮碳共滲。
2引用標(biāo)準(zhǔn)
下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)化的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。
GB/T699-1988優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 技術(shù)條件
GB/T1818-1994金屬表面洛氏硬度試驗方法
GB/T1348-1988球墨鑄鐵件
GB/T3077-1988合金結(jié)構(gòu)鋼 技術(shù)條件
GB/T3480-1997漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法
GB/T4340-1984金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗方法
GB/T5030-1985金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗方法
GB/T9451-1988鋼件薄表面總硬化層深度或有效硬化層深度測定
GB/T11354-1989鋼鐵零件滲氮層濃度測定和金相組織檢驗
GB/T13299-1991鋼的顯微組織評定法
YB/T5148-1993金屬平均晶粒度測定方法
JJG74-1992自動平衡式顯示儀表檢定規(guī)程
3術(shù)語
本標(biāo)準(zhǔn)采用下列術(shù)語。
3.1齒面理度
成品齒輪輪齒工作高度中間部位的齒面硬度。
3.2滲層深度
齒輪或試樣經(jīng)滲氮、氮碳共滲后，從硬化層表面垂直測至規(guī)定的硬度或顯微組織外的距離。
3.3界限硬度值
為確定滲氮、氮碳共滲后齒輪的有效硬化層深度而規(guī)定的最低硬度值。
界限硬度值(實際中心硬度+50)，HV。
3.4有效硬化層深度
a)齒輪滲、氮碳共滲后，于齒寬中部輪齒法截面上，在齒高中部沿垂直于齒方向，自表面測至界限硬度值處的深度。
b)試樣滲氮、氮碳共滲后，于垂直滲氮表面橫截面上，自表面測至界限硬度值外的深度。
4齒輪材料選擇
4.1冶金質(zhì)量
4.1.1化學(xué)成分、低倍和高倍組織、非金屬夾雜物，應(yīng)符合GB/T3077、GB/T699的規(guī)定。
4.1.2晶粒度應(yīng)采用本質(zhì)量細(xì)晶粒鋼，按YB/T5148評定；當(dāng)設(shè)計疲勞極限值位于GB/T3480疲勞極限區(qū)域圖的上限時，晶粒度級別必須7級以上。
4.1.3對有特殊要求的齒輪，按用戶與制造廠雙方協(xié)議執(zhí)行。
4.2鍛坯質(zhì)量與力學(xué)性能
4.2.1鍛造比：對承載能力高的齒輪，用鋼錠鍛成齒坯，鍛造比應(yīng)大于或等于5；用軋材料鍛成齒坯，鍛造比大于或等于1.5，帶狀組織等于或小于2級（GB/T13299）。對形成白點敏感的材料及大截面的齒輪進(jìn)行擴(kuò)散處理，其他齒輪及齒輪軸按各行業(yè)規(guī)定執(zhí)行。
4.2.2齒坯流線應(yīng)在齒坯縱剖面上沿外廓形狀分布。
4.2.3力學(xué)性能指標(biāo)不得低于GB/T3077、GB/T699、GB/T1348的規(guī)定值。
4.2.4齒坯不得過熱，過燒、其晶粒度級別不得低于原材料晶粒度級別。
4.3滲氮、氮碳共滲齒輪材料
作為滲氮齒輪用鋼應(yīng)含有Cr、V、Mo、Al等在滲氮溫度下能形成穩(wěn)定氮化物的元素，推薦材料如下：
a)滲氮材料：40Cr、35CrMo、42CrMo、25Cr2MoV、18Cr2Ni4MA、38CrMoAlA及相近成分的鋼材，珠光體球墨鑄鐵。
b)氮碳共滲材料：45、40Cr、35CrMo、42CrMo、25Cr2MoV等。
注：當(dāng)齒輪設(shè)計的接觸疲勞極限與彎曲疲勞極限位于GB/T3480疲勞極限區(qū)域的不同位置時，參見附錄A（提示的附錄）選擇材料。
5設(shè)備要求
5.1氣體滲氮、氮碳共滲設(shè)備
a)齒輪在有效加熱區(qū)內(nèi)加熱時，其設(shè)備應(yīng)能保證處理溫度控制在預(yù)定溫度±10℃之內(nèi)；
b)滲氮、氮碳共滲爐氨的分解率應(yīng)能根據(jù)工藝要求作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；
c)滲氮、氮碳共滲爐應(yīng)能根據(jù)工藝要求良好密封；氣體應(yīng)均勻接觸齒輪表面，最好有流通裝置；
d)測試儀表的精度為0.5級（JJG74）；
e)氮碳共滲設(shè)備應(yīng)具有充分燃燒、熱電廠出廢氣的裝置，環(huán)境中CN-含量應(yīng)控制在0.3mg/m3以下；
f)滲氮罐應(yīng)定期進(jìn)行退氮處理。
5.2離子滲氮、氮碳共滲設(shè)備
a)設(shè)備應(yīng)設(shè)置電壓、電流、溫度、真空度和氣體流量的測量指示儀表，溫度應(yīng)能自動控制和記錄；
b)極限真空度應(yīng)不低于6.7Pa(5×10-2Torr)，壓升率不大于1.3×10-1Pa/min(1×10-3Torr/min)；
c)設(shè)備應(yīng)具有可靠的滅弧裝置。
5.3液體氮碳共滲設(shè)備
a)應(yīng)有良好的吸風(fēng)防護(hù)罩等安全防護(hù)裝置；
b)應(yīng)有中和消除有毒廢液處理裝置，排放須符合環(huán)境保護(hù)條例。
6工藝控制
6.1滲劑
6.1.1常用種類
a)滲氮：氨、熱分角氨、氮氫混合氣、氨加氧；
b)氮碳共滲：氨加甲醇、氨加二氧化碳、氨加吸熱性氣氛、微毒鹽類等。
6.1.2要求
滲劑不得對齒輪產(chǎn)生有害影響，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)滲劑技術(shù)條件。
6.2齒輪滲氮、氮碳共滲預(yù)處理要求
6.2.1基體處理
6.2.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼打用調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)回火溫度一般比滲氮溫度高20℃以上，調(diào)質(zhì)加工表面不允許有脫碳，調(diào)質(zhì)硬度應(yīng)符合技術(shù)條件。
6.2.1.2碳素鋼氮碳共滲齒輪在沖擊性能要求不高時可采用正火處理，正火后硬義應(yīng)符合技術(shù)條件要求。
6.2.2去應(yīng)力退火
對變形要求小的齒輪，在滲氮前應(yīng)進(jìn)行一次或數(shù)次去應(yīng)力退火，其最高溫度應(yīng)低于調(diào)質(zhì)回火溫度，高于滲氮、氮碳共滲溫度。
6.2.3表面清理
齒輪滲氮、氮碳共滲前必須除去銳邊、清洗干凈，不得有油污、氧化皮等其它有害的雜物。
6.2.4局部防滲
對不需滲氮、氮碳共滲部位，用鍍層、防滲涂料或機(jī)械屏蔽法防滲。
6.2.5待處理齒輪表面粗糙度Ra應(yīng)小于3.2μm。
6.2.6夾具
6.2.6.1氣體滲氮及氮碳共滲夾具應(yīng)設(shè)計合理、吊掛牢固。經(jīng)一定時間使用后要進(jìn)行退氮處理。
6.2.6.2離子滲氮及氮碳共滲夾具與齒輪之間的間隙應(yīng)適當(dāng)，以免打弧。
6.3齒輪滲氮、氮碳共滲工藝規(guī)程
6.3.1隨爐試樣
a)隨爐試樣的材料成分、預(yù)先熱處理、金相組織、力學(xué)性能應(yīng)與齒輪相一致。高可靠度齒輪最好在齒輪上取樣；
b)試樣尺寸（圓棒直徑或方形試樣厚度）應(yīng)近似于分度圓齒厚；
c)隨爐試樣被檢表面粗糙度Ra應(yīng)小于0.8μm，表面不得有脫碳層、氧化皮、銹斑和油污；
d)試樣應(yīng)放置在能代表該爐齒輪滲層質(zhì)量的位置上。
6.3.2裝爐
齒輪的裝爐量、位置及方向要恰當(dāng)，使?fàn)t內(nèi)介質(zhì)流暢和每個輪齒加熱均勻，以減小變形。
6.4齒輪滲氮、氮碳共滲工藝
6.4.1溫度及參數(shù)
根據(jù)齒輪材料、形狀、模數(shù)及技術(shù)要求選取表1中的溫度及參數(shù)。
表1
|
工藝類型 |
氣體滲氮 |
|
落 |
氨分解率% |
|
均溫 |
第一段 |
第二段 |
第三段 |
強(qiáng)滲期 |
擴(kuò)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 |
調(diào)整
30～40 |
退氮
＞95 |
|
三段法 |
480～500 |
500～530 |
|
工藝類型 |
離子滲氮 |
氮碳共滲 |
|
溫度℃ |
氣壓Pa(Torr) |
溫度℃ |
|
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處理時間
按齒傳輸線材料、滲層深度要求選擇的工藝類別等綜合確定。一般按每小時0.01mm的平均滲速估算時間。
6.4.3冷卻方式
a)氣體滲氮、離子滲氮、離子氮共滲后在爐內(nèi)冷至200℃以下后空冷；
b)所體氮碳共滲后也可采用油冷；
c)液體氮碳共滲后一般采用水冷；
d)為減少變形，對高精度不磨齒的齒輪可采用分段冷卻。
6.4.4清洗
液體氮碳共滲后要及時清洗、中和附在齒輪上的殘鹽、殘渣。
7齒輪滲氮、氮碳共滲質(zhì)量控制與檢驗方法
7.1隨爐試樣檢驗
7.1.1表面硬度
表面硬度檢驗按GB/T5030、GB/T4340、GB/T1818測量；對滲氮后要磨削的齒輪，應(yīng)將試樣表面磨去加工余量后測量，硬度應(yīng)符合技術(shù)條件規(guī)定，推薦測試負(fù)荷見表2
表2
|
有效硬化層深度mm |
≤0.15 |
＞0.15～0.3 |
＞0.3 |
|
維氏硬度（HV）測試負(fù)荷N |
9.806 |
49.03 |
98.06，也可用（HR15N） |
7.1.2滲層深度
滲層深度檢驗以硬度法為主，金相法為輔，檢驗結(jié)果應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)要求。
7.1.2.1硬度法
測定有效硬化層深度，選用4.9N負(fù)荷，從試樣表面垂直測至界限硬度處的距離。
測試負(fù)荷只能在1.96～19.6N范圍內(nèi)選取。
滲層深度在0.3mm以下時，按GB/T9451進(jìn)行測定。
7.1.2.2金相法
用金相顯微鏡按GB/T11345規(guī)定，從試樣表面垂直測至與基本組織有明顯分界處的距離。當(dāng)其體組織界線不明顯、無法正確判斷時，應(yīng)以硬度法為準(zhǔn)。
7.1.3心部硬度
隨爐試樣磨制后，在大于滲層兩倍處測定3點硬度，取其平均值作為心部硬度，測定方法按GB/T4340或GB/T230規(guī)定，測量結(jié)果應(yīng)達(dá)到技術(shù)要求。
7.1.4脆性
按GB/T11354有關(guān)規(guī)定檢驗壓痕周邊碎裂程度，每件測3點，至少有兩點處于相同級別，1～3級為合格，對留有磨量的齒輪，可磨去加工余量后測量，測量結(jié)果應(yīng)符合技術(shù)條件。對要求高的齒輪，經(jīng)雙方協(xié)商可對試樣采用聲發(fā)射法檢驗。
7.1.5滲層疏松
滲層表面化合物層疏松按GB/T11354評定，1～3級為合格。
7.1.6滲層中氮化物形態(tài)
滲層擴(kuò)散層中氮化物形態(tài)按GB/T11354評定，1～3級為合格。
7.1.7滲氮、氮碳共滲化合物層厚度與硬度
化合物層厚度與硬度應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣技術(shù)條件，厚度用金相顯微鏡測定；硬度使用顯微硬度計測定，負(fù)荷采用0.49～0.98N。
7.1.8其他
根據(jù)用戶要求或產(chǎn)品需要，可測量表面相結(jié)構(gòu)的組成或殘余應(yīng)力。
7.2齒輪滲氮、氮碳共滲質(zhì)量檢驗
7.2.1外觀
齒輪滲氮、氮碳共滲后用肉眼檢查表面，不得有氧化皮、碰傷、剝落、電弧燒傷、殘鹽存留等缺陷。
7.7.2齒面硬度
a)抽檢批量生產(chǎn)的齒輪，當(dāng)隨爐試樣合格時，每批抽檢1件，約在相隔120°的三個輪齒上，在齒高中部各測1～3點，也可用維氏硬度計或表面洛氏硬度計（HR15N）測量端面或齒頂硬度；
b)當(dāng)隨爐試樣檢查不合格時，應(yīng)取同爐的齒輪3件，每件測3個輪齒，每個輪齒測1～3點；
c)對無法用硬度計檢查的齒輪，一般以隨爐試樣的測量值為準(zhǔn)；
d)硬度不符合技術(shù)條件要求時，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行返修處理或判廢。
7.2.3滲層深度與輪齒中心硬度
a)批量生產(chǎn)的齒輪，在隨爐試樣檢驗合格情況下應(yīng)定期抽檢。若隨爐試樣不合格，則該批至少抽檢1件齒輪。檢驗方法同7.1.2、7.1.3；
b）單個重要的齒輪，一般以隨爐試樣測量為準(zhǔn)，經(jīng)協(xié)商可將一個輪齒的末端沿一個角度磨制拋光并腐蝕，用帶有刻度的放大鏡測量滲層深度。用肖氏硬度計檢測輪齒中心的硬度，測量結(jié)果應(yīng)達(dá)到產(chǎn)品圖樣和技術(shù)文件的規(guī)定值；
c)滲氮、氮碳共滲層深度的均勻度為技術(shù)條件要求中值的±15%。
7.2.4抽檢
抽檢齒輪的滲氮、氮碳共滲層脆性、滲層疏檢、氮化物形態(tài)。檢查同7.1.4、7.1.5、7.1.6。
7.2.5變開
對精度要求高齒輪，抽查1～3件，用相應(yīng)量具檢查齒輪幾何精度，其結(jié)果應(yīng)符合技術(shù)條件要求。
7.2.6局部防滲
用肉眼觀察局部防滲部位，一般應(yīng)基本保持應(yīng)金屬色，若發(fā)現(xiàn)有滲氮色，可用硬度計或高硬度銼刀進(jìn)行檢查，以下影響切削加工為準(zhǔn)。
附錄A
（提示的附錄）
滲氮、氮碳共滲齒輪常用材料選擇
表A1滲氮、氮碳共滲齒輪常用材料選擇
|
齒輪疲勞極限N/mm2 |
常用材料 |
滲氮、氮碳共滲后表面最低硬度值HV1 |
|
接觸疲勞σHin |
彎曲疲勞σFlim |
|
≤650 |
250≤ |
45 |
300 |
|
球光體球墨鑄鐵 |
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疲勞極限適用于滲氮層深度0.3mm以上；
2各材料心部抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于900N/mm2
3表中推薦數(shù)據(jù)適用于常溫條件；
4特殊使用的齒輪經(jīng)用忘掉和制造廠商選取其它材料。 |
