渗碳层有效层标准修订事项说明323分析.docx

1、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HRC5860 心部硬度HRC33.543.5 （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 （

2、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ZB T04 001-88A.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/T262-1999A.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

3、非马氏体层深按“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”GB 8539D. 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/T6141.3-1992A.表面硬度HRC5862 心部硬度HRC3046(检测部位齿根圆)B.层深 有效硬化层深法 测至550HV1（或HRC 52)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:YTQ310.5-90A. 硬度按产品图 心部硬度

4、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/YT 310.5-2008A. 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GB 8539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

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

6、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)20CrH48/4032/25/20CrMnTi H48/4042/3035/2220CrMnMoH50/4248/3743/3122 CrMoH50/4348/3641/27四.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

7、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

8、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

9、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77.429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1.33m

10、m, 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

11、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HRC5664 ，对需要磨削的齿轮，表面硬度建议为HRC5662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

12、（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54.39.423m=6.560.56135.536383433340.6/1.50.41/1.051.200.540.020.0324. 主动75.39.403m=6.51#585757.53233333029.5311.0/1.970.88/1.831.280.86/5. 主动2#57.558.5592929.531252525.50.95/1.750.75/1.680.840.610.05/6. 主动3#6060613434333230300

13、.6/1.130.45/1.00.740.43/7. 主动4#58585934343331310.76/1.650.73/1.470.56/0.063/8. 主动5#58.359.55929282926.525250.88/1.70.53/1.330.99/0.038/9. 圆锥1002.38.101 m=7.429 1#61.5623536.533350.80/1.820.68/1.751.320.920.04210. 圆锥 2#636363.5363632.530.50.85/1.800.55/1.601.270.580.0250.03111. 圆锥 3#6262.5323327300.6

14、5/1.550.40/1.381.020.450.0380.05112. 二轴1002.37.104m=7.429 1#5555.52030.520290.20/2.250.95/1.901.631.05/613. 二轴 2#/242424230.78/1.740.65/1.400.660.33/514. 二轴 3#373733.5330.65/1.500/1.21.160.320.038215. 压路机中间轴T140.39.1-11m=10555654 3132.5322830310.3/1.150.3/1.10.850.340.460.0250.038216. 旋耕机过渡齿轮1GQN200

15、K.3-13m=86161.5623638.53536.50.5/0.940.5/0.920.74 0.69/117. 主动1204.37.107m=3.559.56059.5404137.537.50.57/1.250.5/1.250.880.730.0130.018118. 被动SZ1204.37A.101m=3.5636363.541.54239.5400.6/1.250.58/1.21.050.84/119. 行星齿轮15.37.206m=5.458.558.558.54342.84142.50.55/1.010.52/0.851.010.710.038120. 行星齿轮m=4.759

16、59.559.543.544.543420.75/1.450.65/1.281.311.200.038121. 主动齿轮15.37.034m=360.559.56044.34443.54443.5440.55/1.050.48/1.050.920.82/122. 主动齿轮1002.37A.106m=559.559.543.543.540.541.50.75/1.50.6/1.31.351.030.0251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CSPSiMnCrTiMo1、 被动0.190.010.0260.280.911.090.065/2、 主

17、动1#0.220.0260.0170.220.951.050.0440.053、 主动2#0.210.010.0180.290.851.030.0540.054、 主动3#0.230.010.0140.310.921.040.0590.055、 主动4#0.210.0290.0190.200.911.100.0440.056、 主动5#0.220.0110.0120.240.901.070.070.057、 圆锥10.200.020.0120.260.791.010.068/8、 圆锥20.200.0140.0250.240.801.000.064/9、 圆锥30.180.0110.0170.

18、210.760.960.060/10、 二轴10.220.0130.0130.261.011.18/0.2411、 二轴20.210.0140.0150.250.760.970.046/12、 二轴30.230.0260.0130.231.061.21/0.2513、 中间轴0.210.0170.010.250.741.02/0.3514、 过渡齿轮0.230.010.0070.230.821.18/17行星齿轮m=5.40.230.010.0150.270.901.140.065/18行星轮m=4.70.230.0150.0190.220.851.120.060/19主动m=30.220.0

19、350.0150.300.901.160.10/20主动m=50.220.010.0190.290.921.100.058/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#75.37.436m=7/28.43026.5280.82/1.50.59表面无全马氏体组织6级22二轴2#/292926240.85/1.50.580.67表面无全马氏体6级23二轴3#/30.524.9202020.5200.7/1.30.630.66表面无全马氏体组织6级24二

20、轴1002.37.104-1M=7.429/303023271.08/1.60.94表面无全马氏体组织6级25小锥齿轮轴5038661m=6.6562626235.537.533340.5/1.20.610.0382级26SZ804.38.415差速器行星齿轮m=6.17585960434340.540.50.38/1.130.930.0251级27一档主动齿轮1204.37.107 m=3.25/45.5464645.546.546.50.35/1.250.860.021级28左太阳轮轴1204.39.103M=3.5/36360.5/1.50.770.0382级29右太阳轮轴1204.39

21、.109M=3.558.5606038363834.533.5350.63/1.250.750.0132级30885145164中倒档滑动齿轮m=4595960.543434243.544.543.50.5/1.251.030.0201级31中档主动齿轮1204.37.126-1m=560.559.5614242423938.540.50.58/1.50.910.0381级32太阳轮轴1604.39.104m=4.5/41.54342.540.540.5400/1.71.020.052级33右太阳轮轴LG1304.39.104m=4/454444.54442440.35/1.320.860.0

22、381.级化学成分%序号零件名称CSPSiMnCrTi2175.37.436m=7二轴1#0.220.0070.0100.200.841.040.04022二轴2#0.190.0150.0200.190.941.150.06223二轴3#0.220.0130.0150.220.891.030.067241002.37.104-1M=7.429二轴0.200.0120.0150.240.801.050.053255038661小锥齿轮轴m=6.650.230.0130.0260.360.991.170.06626SZ804.38.415差速器行星齿轮m=6.170.200.0380.0160.2

23、60.811.040.058271204.37.107一档主动齿轮m=3.250.220.0120.0210.341.101.220.058281204.39.103左太阳轮轴M=3.50.210.0170.0180.270.901.050.065291204.39.109右太阳轮轴M=3.50.200.0130.0170.270.881.050.05630885145164中倒档滑动齿轮m=40.210.0060.0280.290.911.070.062311204.37.126-1中档主动齿轮m=50.200.0240.0180.320.891.080.062321604.39.104太阳

24、轮轴M=4.50.210.0140.0100.340.921.190.074331304.39.104右太阳轮轴M=40.230.0140.0100.300.921.140.0742008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61.561.061.539.539.539.542.042.042.50.0380.0186级4级1级变速箱主动齿轮断裂158585843.544.544.545.0无0.111级1级2级变速箱二档主动齿轮磨损260.560.558.539.540.542

25、.5-0.0250.0251级1级1级变速箱X档主动齿轮齿面剥落偏载359.561.061.042.543.543-0.0200.0201级1级1级第二轴齿面剥落60.061.060.534343838无0.0.41级2级2级第二轴齿面剥落打齿62.063.062.525.026.025.530.029.531.50.0250.0503级2级贝氏体最终传动主动齿轮4#偏磨58585833.531.034.038.039.035.50.0250.0381级4级1级最终传动主动齿轮5剥落打齿58.558.560.030.529.532.034.032.534.50.0870.0307级4级1级变速箱三档主动齿轮剥落60.561.561.539.037.038.0-0.0280.0231级1级1级变速箱齿轮剥落59.558.558.538.037.037.0-已磨掉