jbt9172齿轮渗氮氮碳共渗工艺及质量控制

ICS21.200J17JB/T9172－1999齿轮渗氮、氮碳共渗工艺及质量控制Gearnitridingandnitrocarburizingprocessanditsqualitycontrol1999-06-24发布2000-01-01实施国家机械工业局发布前言本标准是对ZBJ17001—88《齿轮渗氮、氮碳共渗工艺及质量控制》的修订。本标准自实施之日起代替ZBJ17001—88。本标准的附录A是提示的附录。本标准由全国齿轮标准化技术委员会提出并归口。本标准负责起草单位：郑州机械研究所。本标准主要起草人：李耀珍、陈秀玉、杨星原。JB/T9172－199911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、工艺及质量控制。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钢铁零件渗氮层深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齿面硬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处的距离。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。国家机械工业局1999-06-24批准中华人民共和国机械行业标准齿轮渗氮、氮碳共渗工艺及质量控制GearnitridingandnitrocarburizingprocessanditsqualitycontrolJB/T9172－1999代替ZBJ17001—882000-01-01实施JB/T9172－19992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、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面方向，自表面测至界限硬度值处的深度。b）试样渗氮、氮碳共渗后，于垂直渗氮表面的横截面上，自表面测至界限硬度值处的深度。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，其它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Cr、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、18Cr2Ni4WA、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疲劳极限区域图的不同位置时，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、排出废气的装置，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；JB/T9172－19993b）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、热分解氨、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合金结构钢采用调质。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，正火后硬度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JB/T9172－19994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，以减少变形。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气体渗氮离子渗氮氮碳共渗温度℃氨分解率%温度℃工艺类型均温第一段第二段第三段强渗期扩散期退氮期第一段第二段第三段气压Pa（Torr）温度℃一段法450~530—15~3540~60450~530—560~580二段法480~530—＞90480~530—三段法430~450480~500540~570500~53018~3050~70调整30~40退氮＞95480~500540~570500~53066.7~1066（0.5~8）—6.4.2处理时间按齿轮材料、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、离子氮碳共渗后在炉内冷至200℃以下后空冷；b）气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。JB/T9172－19995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N9.80649.0398.06，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/T11354规定，从试样表面垂直测至与基体组织有明显分界处的距离。当基体组织界线不明显、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。7.2.2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；JB/T9172－19996b）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）单件重要的齿轮，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、渗层疏松、氮化物形态。检查同7.1.4、7.1.5、7.1.6。7.2.5变形对精度要求高的齿轮，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，一般应基本保持原金属色，若发现有渗氮色，可用硬度计或高硬度锉刀进行检查，以不影响切削加工为准。JB/T9172－19997附录A表A1渗氮、氮碳共渗齿轮常用材料选择齿轮疲劳极限N/mm2接触疲劳σHin弯