渗碳层有效层标准修订事项说明323分析.docx
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渗碳层有效层标准修订事项说明323分析
关于《拖拉机渗碳齿轮金相检验》标准修订的说明
一、有关渗碳齿轮金相检验标准
1.意大利菲亚特公司标准：
经过表面渗碳硬化热处理的齿轮零件的机械性能和组织特征检验方法（Q.NL/0025）
A.表面硬度HRC58~60心部硬度HRC33.5~43.5（检测部位齿根圆）
B.层深有效硬化层深（硬度法），测至525HV5处。
齿根有效硬化层深应不小于节圆所示深度的70%。
C.表面非马氏体层深≤0.01mm。
D.金相组织检测6项：
碳化物、残余奥氏体、心部铁素体、氧化层、贝氏体、显微裂纹。
2.汽车行业渗碳齿轮检验标准：
1）汽车渗碳齿轮金相标准BR5-74（参照50-60年代前苏联标准）
A.硬度按产品图心部硬度检测部位2/3齿高处
B.层深渗碳层深法（金相法）
C.表面非马氏体层深无规定。
D.金相组织检测4项：
碳化物、残余奥氏体、马氏体、心部铁素体。
2）汽车渗碳齿轮金相检验ZBT04001-88
A.硬度按产品图心部硬度检测部位齿根圆
B.层深有效硬化层深法测至515HV5或550HV1处。
C.表面非马氏体层深≤0.02mm。
D.金相组织检测3项：
碳化物、残余奥氏体、马氏体。
3）汽车渗碳齿轮金相检验QC/T262-1999
A.硬度按产品图心部硬度检测部位齿根圆
B.层深有效硬化层深法测至515HV5或550HV1处。
C.表面非马氏体层深按“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”GB8539
D.金相组织检测3项：
碳化物、残余奥氏体、马氏体。
3.重载渗碳齿轮标准：
重载齿轮渗碳质量检验JB/T6141.2-1992
重载齿轮渗碳金相检验JB/T6141.3-1992
A.表面硬度HRC58~62心部硬度HRC30~46（检测部位齿根圆）
B.层深有效硬化层深法测至550HV1（或HRC52）处。
允许齿根部位的有效硬化层深度比节圆处小15%。
C.金相组织检测4项：
碳化物、残余奥氏体、马氏体、心部铁素体。
4.拖拉机渗碳齿轮检验标准：
1）拖拉机渗碳齿轮金相检验标准:
YTQ310.5-90
A.硬度按产品图心部硬度检测部位2/3齿高处
B.层深渗碳层深法（金相法）
C.表面非马氏体层深无规定。
D.金相组织检测3项：
碳化物、残余奥氏体、心部铁素体。
2）新修订的拖拉机渗碳齿轮检验标准：
Q/YT310.5-2008
A.硬度按产品图心部硬度检测部位齿根圆
B.层深有效硬化层深法，测至515HV5或550HV1处。
C.表面非马氏体层深≤0.04mm。
D.金相组织检测3项：
碳化物、残余奥氏体、心部铁素体。
5.国家标准：
齿轮材料及热处理质量检验的一般规定GB8539
钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核GB/T9450-2005
二.我厂渗碳齿轮标准执行现状：
1.拖拉机渗碳齿轮金相检验标准YTQ310.5-90与汽车渗碳齿轮金相标准BR5-74基本一致，已明显落后。
2.工程机械渗碳齿轮图纸上有的是渗碳层，有的是渗碳层和有效硬化层都有。
（见图纸）但执行哪一个标准不明确。
3.菲亚特渗碳齿轮的有效硬化层又改为渗碳层。
（见图纸）标准不明确。
检测不统一。
4.AVL新产品图纸设计是有效硬化层深。
但执行哪一个标准不明确。
如果执行拖拉机渗碳齿轮金相检验标准，层深如何测量就是一个问题。
标准修订迫在眉睫。
三.我厂现在生产的拖拉机渗碳齿轮用材
一律采用20CrMnTi材料，对大模数实心齿轮轴来说20CrMnTi材料淬透性满足不了性能要求。
AVL新产品图纸设计渗碳齿轮也是一律采用20CrMnTi材料。
履带拖拉机中央传动二轴及末端传动主动齿轮均为模数较大的实心齿轮轴原设计用20CrMnMo材料的，由于价值工程又回到20CrMnTi材料。
使失效比率大幅度上升。
仅一装厂2007年在三包期（三个月）内失效的二轴、圆锥齿轮副就有48套。
拖拉机渗碳齿轮常用四种材料淬透性带范围对比如下：
材料
J1.5（mm）
J9（mm）
J15（mm）
20CrH
48/40
32/
25/
20CrMnTiH
48/40
42/30
35/22
20CrMnMoH
50/42
48/37
43/31
22CrMoH
50/43
48/36
41/27
四.修订说明
1改变了渗碳层深的检测方法；
有效硬化层深法，用硬度法测至HV5515处，尺度统一，硬度和强度有一定的对应关系，因此性能一致。
反映的是最终热处理质量。
2.调整了心部硬度的检测部位；
作为齿轮来讲其主要失效形式是节圆的接触疲劳和齿根的弯曲疲劳，因此节圆和齿根是两个受力较大的部位。
心部硬度测量部位在齿根圆能真实反映齿轮的使用性能。
3.增加了齿表面非马氏体组织的深度要求；
渗碳齿轮表面的非马氏体层，严重影响齿轮的耐磨性，是渗碳齿轮的一项重要指标。
渗碳齿轮表面的非马氏体层，菲亚特公司标准小于0.01mm。
汽车标准小于0.02mm，根据我集团公司设备情况，为保证生产定为0.04mm。
（我公司热处理厂通过试验，用快速冷却淬火油淬火可减少齿轮表面非马氏体深度）。
4.根据心部硬度检测部位的调整，放宽了心部铁素体的合格级别。
由于心部铁素体的检测部位的改变，心部铁素体的合格级别放宽一级。
要达到新修订标准中的技术要求，涉及到齿轮材料淬透性，热处理设备及工艺，淬火冷却介质及检测设备，以及图纸技术条件的更改。
图纸中要更改的有：
把渗碳层深相应的改为有效硬化层深，并指明图纸标注的层深部位是指节圆还是齿根。
对于较大模数的实心渗碳齿轮轴而言，由于心部硬度检测部位的改变，原图纸要求的硬度值可能会因材料淬透性的影响而达不到要求，也需作相应变动。
可参考汽车行业失效分析会议资料
五.数据分析
为了寻找渗碳齿轮零件失效原因和标准控制之间的关系，也为了节省费用，试样大部分是从失效齿轮上截取，齿轮节圆部分大部分被磨损，因此层深检测部位以齿根为准，分别用金相法与硬度法两种方法检测。
数据见表。
1.模数为6.5的1件大被动齿轮和.模数为7.429的3件圆锥齿轮，2/3齿高和齿根圆心部硬度平均相差3.15HRC。
齿根渗碳层深和有效硬化层深最小相差0.51mm，最大相差1.02mm,平均相差0.82mm。
材料均为20CrMnTi，心部硬度大多大于30HRC。
2.模数为6.5的5件主动齿轮轴、模数为7~7.429的7件二轴齿轮、模数为6.65的1件小锥齿轮轴、模数为10的1件中间齿轮轴，共14件较大模数的实心轴齿轮，2/3齿高和齿根圆心部硬度平均相差3.3HRC。
齿根渗碳层深和有效硬化层深最低相差0.57mm，最高相差1.33mm,平均相差0.85mm。
材料为20CrMnTi的齿轮，心部硬度大多小于30HRC。
3.其余齿轮，2/3齿高和齿根圆心部硬度平均相差1.5HRC（有的无差别）。
齿根渗碳层深和有效硬化层深最低相差0.08mm，最高相差0.68mm,平均相差0.36mm。
4.齿根由于冷却能力差，齿根渗碳层深和有效硬化层深相差较大。
节圆相差要小一些。
4件未使用过模数6以下的齿轮，节圆渗碳层深和有效硬化层深平均相差0.105mm。
齿根渗碳层深和有效硬化层深平均相差0.18mm。
失效件齿轮渗碳层深和有效硬化层深差距较大，未使用齿轮渗碳层深和有效硬化层深差距较小。
5.对模数6以上的实心轴齿轮，为保证心部硬度满足使用要求，建议采用20CrMnMo或其它淬透性高一些的材料。
一般图纸要求表面硬度HRC56~64，对需要磨削的齿轮，表面硬度建议为HRC56~62以减少热处理应力和脆性，降低磨削裂纹的比例。
6.对小模数（模数≤3）的齿轮，有效硬化层深不可过深，否则在材料成分偏上限时会出现淬透现象，使心部硬度达到有效硬化层深515HV5的界限值，造成齿轮脆断。
热处理厂已遇到过此种情况。
许多小模数渗碳齿轮图纸心部硬度规定44HRC或45HRC，20CrMnTi材料淬火的上限硬度可达48HRC,因此可出现心部硬度高于图纸要求的现象。
对小模数齿轮可适当提高心部硬度的上限值。
第一批齿轮失效件热处理质量检验
序
号
零件
名称
硬度（HRC）
渗碳层（mm）
有效硬化层（mm）
表面非马氏体层（mm）
齿根圆处铁素体级别
表面
2/3齿高
齿根圆
节圆
齿根
节圆
齿根
共析/总深
共析/总深
3.
被动
54.39.423
m=6.5
60.5
61
35.5
36
38
34
33
34
0.6/
1.5
0.41/
1.05
1.20
0.54
0.02~0.03
2
4.
主动75.39.403
m=6.5
1#
58
57
57.5
32
33
33
30
29.5
31
1.0/
1.97
0.88/1.83
1.28
0.86
/
/
5.
主动2#
57.5
58.5
59
29
29.5
31
25
25
25.5
0.95/1.75
0.75/1.68
0.84
0.61
0.05
/
6.
主动3#
60
60
61
34
34
33
32
30
30
0.6/1.13
0.45/1.0
0.74
0.43
/
/
7.
主动4#
58
58
59
34
34
33
31
31
0.76/1.65
0.73/1.47
0.56
/
0.063
/
8.
主动5#
58.3
59.5
59
29
28
29
26.5
25
25
0.88/1.7
0.53/1.33
0.99
/
0.038
/
9.
圆锥
1002.38.101m=7.4291#
61.5
62
35
36.5
33
35
0.80/
1.82
0.68/1.75
1.32
0.92
0.04
2
10.
圆锥2#
63
63
63.5
36
36
32.5
30.5
0.85/
1.80
0.55/1.60
1.27
0.58
0.025~0.03
1
11.
圆锥3#
62
62.5
32
33
27
30
0.65/
1.55
0.40/1.38
1.02
0.45
0.038~0.05
1
12.
二轴
1002.37.104
m=7.4291#
55
55.5
20
30.5
20
29
0.20/
2.25
0.95/1.90
1.63
1.05
/
6
13.
二轴2#
/
24
24
24
23
0.78/
1.74
0.65/1.40
0.66
0.33
/
5
14.
二轴3#
37
37
33.5
33
0.65/
1.50
0/1.2
1.16
0.32
0.038
2
15.
压路机中间轴
T140.39.1-11
m=10
55
56
54
31
32.5
32
28
30
31
0.3/1.15
0.3/1.1
0.85
0.34~0.46
0.025~0.038
2
16.
旋耕机过渡
齿轮
1GQN200K.3-13
m=8
61
61.5
62
36
38.5
35
36.5
0.5/0.94
0.5/0.92
0.74
0.69
/
1
17.
主动
1204.37.107
m=3.5
59.5
60
59.5
40
41
37.5
37.5
0.57/1.25
0.5/1.25
0.88
0.73
0.013~0.018
1
18.
被动
SZ1204.37A.101
m=3.5
63
63
63.5
41.5
42
39.5
40
0.6/1.25
0.58/1.2
1.05
0.84
/
1
19.
行星齿轮
15.37.206
m=5.4
58.5
58.5
58.5
43
42.8
41
42.5
0.55/1.01
0.52/0.85
1.01
0.71
0.038
1
20.
行星齿轮
m=4.7
59
59.5
59.5
43.5
44.5
43
42
0.75/1.45
0.65/1.28
1.31
1.20
0.038
1
21.
主动齿轮
15.37.034
m=3
60.5
59.5
60
44.3
44
43.5
44
43.5
44
0..55/1.05
0.48/1.05
0.92
0.82
/
1
22.
主动齿轮
1002.37A.106
m=5
59.5
59.5
43.5
43.5
40.5
41.5
0.75/1.5
0.6/1.3
1.35
1.03
0.025
1
注.17、18、19、20号齿轮为未使用过的齿轮。
齿轮失效件化学成分%
序号
零件名称
C
S
P
Si
Mn
Cr
Ti
Mo
1、
被动
0.19
0.01
0.026
0.28
0.91
1.09
0.065
/
2、
主动1#
0.22
0.026
0.017
0.22
0.95
1.05
0.044
＜0.05
3、
主动2#
0.21
≤0.01
0.018
0.29
0.85
1.03
0.054
＜0.05
4、
主动3#
0.23
≤0.01
0.014
0.31
0.92
1.04
0.059
＜0.05
5、
主动4#
0.21
0.029
0.019
0.20
0.91
1.10
0.044
＜0.05
6、
主动5#
0.22
0.011
0.012
0.24
0.90
1.07
0.07
＜0.05
7、
圆锥1
0.20
0.02
0.012
0.26
0.79
1.01
0.068
/
8、
圆锥2
0.20
0.014
0.025
0.24
0.80
1.00
0.064
/
9、
圆锥3
0.18
0.011
0.017
0.21
0.76
0.96
0.060
/
10、
二轴1
0.22
0.013
0.013
0.26
1.01
1.18
/
0.24
11、
二轴2
0.21
0.014
0.015
0.25
0.76
0.97
0.046
/
12、
二轴3
0.23
0.026
0.013
0.23
1.06
1.21
/
0.25
13、
中间轴
0.21
0.017
0.01
0.25
0.74
1.02
/
0.35
14、
过渡齿轮
0.23
0.01
0.007
0.23
0.82
1.18
/
/
17
行星齿轮m=5.4
0.23
≤0.01
0.015
0.27
0.90
1.14
0.065
/
18
行星轮m=4.7
0.23
0.015
0.019
0.22
0.85
1.12
0.060
/
19
主动m=3
0.22
0.035
0.015
0.30
0.90
1.16
0.10
/
20
主动m=5
0.22
≤0.01
0.019
0.29
0.92
1.10
0.058
/
第二批齿轮失效件热处理质量检验
序号
零件名称
表面硬度
HRC
心部2/3齿高硬度HRC
心部齿心圆硬度HRC
齿根渗碳层深mm共析/总深
齿根有效硬化层深mm
表面非马氏体层深mm
心部铁素体级别
21
二轴1#
75.37.436
m=7
/
28.4
30
26.5
28
0.82/1.5
0.59
表面无全马氏体
组织
＞6级
22
二轴2#
/
29
29
26
24
0.85/1.5
0.58
0.67
表面无全马氏体
＞6级
23
二轴3#
/
30.5
24.9
20
20
20.5
＜20
0.7/1.3
0.63
0.66
表面无全马氏体
组织
6级
24
二轴
1002.37.104-1
M=7.429
/
30
30
23
27
1.08/1.6
0.94
表面无全马氏体
组织
6级
25
小锥齿轮轴
5038661
m=6.65
62
62
62
35.5
37.5
33
34
0.5/1.2
0.61
0.038
2级
26
SZ804.38.415
差速器行星齿轮m=6.17
58
59
60
43
43
40.5
40.5
0.38/1.13
0.93
0.025
1级
27
一档主动齿轮
1204.37.107m=3.25
/
45.5
46
46
45.5
46.5
46.5
0.35/1.25
0.86
0.02
1级
28
左太阳轮轴
1204.39.103
M=3.5
/
/
36
36
0.5/1.5
0.77
0.038
2级
29
右太阳轮轴
1204.39.109
M=3.5
58.5
60
60
38
36
38
34.5
33.5
35
0.63/1.25
0.75
0.013
2级
30
885145164
中倒档滑动齿轮m=4
59
59
60.5
43
43
42
43.5
44.5
43.5
0.5/1.25
1.03
0.020
1级
31
中档主动齿轮
1204.37.126-1
m=5
60.5
59.5
61
42
42
42
39
38.5
40.5
0.58/1.5
0.91
0.038
1级
32
太阳轮轴
1604.39.104
m=4.5
/
41.5
43
42.5
40.5
40.5
40
0/1.7
1.02
0.05
2级
33
右太阳轮轴
LG1304.39.104
m=4
/
45
44
44.5
44
42
44
0.35/1.32
0.86
0.038
1.级
化学成分%
序号
零件名称
C
S
P
Si
Mn
Cr
Ti
21
75.37.436
m=7
二轴1#
0.22
0.007
0.010
0.20
0.84
1.04
0.040
22
二轴2#
0.19
0.015
0.020
0.19
0.94
1.15
0.062
23
二轴3#
0.22
0.013
0.015
0.22
0.89
1.03
0.067
24
1002.37.104-1
M=7.429
二轴
0.20
0.012
0.015
0.24
0.80
1.05
0.053
25
5038661
小锥齿轮轴
m=6.65
0.23
0.013
0.026
0.36
0.99
1.17
0.066
26
SZ804.38.415
差速器行星齿轮m=6.17
0.20
0.038
0.016
0.26
0.81
1.04
0.058
27
1204.37.107一档主动齿轮m=3.25
0.22
0.012
0.021
0.34
1.10
1.22
0.058
28
1204.39.103
左太阳轮轴
M=3.5
0.21
0.017
0.018
0.27
0.90
1.05
0.065
29
1204.39.109
右太阳轮轴
M=3.5
0.20
0.013
0.017
0.27
0.88
1.05
0.056
30
885145164
中倒档滑动齿轮m=4
0.21
0.006
0.028
0.29
0.91
1.07
0.062
31
1204.37.126-1
中档主动齿轮m=5
0.20
0.024
0.018
0.32
0.89
1.08
0.062
32
1604.39.104
太阳轮轴
M=4.5
0.21
0.014
0.010
0.34
0.92
1.19
0.074
33
1304.39.104
右太阳轮轴
M=4
0.23
0.014
0.010
0.30
0.92
1.14
0.074
2008年11月一装厂1202齿轮失效分析汇总
项目
名称
硬度（HRC）
非马氏体层深（mm）
金相组织
表面
心部
2/3齿高处
齿侧
齿根
碳化物
残余奥氏体
心部铁
素体
圆锥齿轮打齿
61.5
61.0
61.5
39.5
39.5
39.5
42.0
42.0
42.5
0.038
0.018
6级
4级
1级
变速箱
主动齿轮断裂1
58
58
58
43.5
44.5
44.5
45.0
无
0.11
1级
1级
2级
变速箱
二档主动齿轮磨损2
60.5
60.5
58.5
39.5
40.5
42.5
-
0.025
0.025
1级
1级
1级
变速箱X档主动齿轮齿面剥落偏载3
59.5
61.0
61.0
42.5
43.5
43
-
0.020
0.020
1级
1级
1级
第二轴齿面剥落
60.0
61.0
60.5
34
34
38
38
无
0.0.4
1级
2级
2级
第二轴齿面剥落打齿
62.0
63.0
62.5
25.0
26.0
25.5
30.0
29.5
31.5
0.025
0.050
3级
2级
贝氏体
最终传动主动齿轮4#偏磨
58
58
58
33.5
31.0
34.0
38.0
39.0
35.5
0.025
0.038
1级
4级
1级
最终传动主动齿轮5剥落打齿
58.5
58.5
60.0
30.5
29.5
32.0
34.0
32.5
34.5
0.087
0.030
7级
4级
1级
变速箱
三档主动齿轮剥落
60.5
61.5
61.5
39.0
37.0
38.0
-
0.028
0.023
1级
1级
1级
变速箱
齿轮剥落
59.5
58.5
58.5
38.0
37.0
37.0
-
已磨掉
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