渗碳齿轮最佳有效硬化层深度

重载齿轮渗碳质量检验标准重载齿轮渗碳质量检验标准主要关注渗碳工序后的齿轮质量，以确保其满足重载应用的要求。

以下是对该标准的详细介绍：1.渗碳层深度和有效硬化层深度：这两个指标是衡量渗碳质量的重要技术参数。

渗碳层深度指的是从齿轮表面到渗碳层与未渗碳部分交界处的距离，而有效硬化层深度则是指从齿轮表面到硬化层与心部交界处的距离。

这两个指标都需要通过金相检测等方法进行准确测量，以确保齿轮的耐磨性和承载能力。

2.表面碳含量和组织：渗碳过程中需要控制齿轮表面的碳含量，以获得理想的组织结构和性能。

表面碳含量过高或过低都会导致齿轮性能下降，因此需要通过化学分析等方法进行准确控制。

同时，组织中的碳化物形态、分布以及残留奥氏体的含量等也需要符合标准要求，以确保齿轮的强度和韧性。

3.表层硬度梯度：渗碳后齿轮的表层硬度梯度应平缓且连续，避免出现硬度突变的情况。

这可以通过硬度测试等方法进行检测，以确保齿轮在使用过程中能够承受较大的载荷和冲击。

4.变形量：渗碳过程中由于热胀冷缩等因素，齿轮可能会产生一定的变形。

因此，需要对变形量进行控制，以确保齿轮的精度和装配性能。

变形量可以通过测量齿轮的尺寸和形状等参数进行评估。

5.内部缺陷：渗碳过程中可能会产生一些内部缺陷，如裂纹、气孔等。

这些缺陷会严重影响齿轮的性能和使用寿命，因此需要通过无损检测等方法进行排查和剔除。

总之，重载齿轮渗碳质量检验标准涵盖了多个方面的指标和要求，旨在确保渗碳后的齿轮具有优异的耐磨性、承载能力、强度和韧性等性能，以满足重载应用的需求。

在实际应用中，需要根据具体的产品要求和工艺条件制定相应的检验标准，并严格执行以确保产品质量。

金相法测量渗碳(碳氮共渗)齿轮的有效硬化层深度常州齿轮厂(213001)陈秋明张永年汽车、拖拉机齿轮大多采用渗碳或碳氮共渗淬火的表面热处理，以提高齿轮的耐磨、抗疲劳强度等性能。

国内汽车、拖拉机齿轮制造行业对此类齿轮的检验，过去一直采用金相法测量渗层深度。

随着与国际标准的接轨，我国新制订的国家标准ZBT04001-88及QCn29018-91中明确规定应采用显微硬度法测量渗层的有效硬化层深度。

勿用置疑有效硬化层深度更能代表齿轮渗碳(碳氮共渗)淬火处理后的综合机械性能，但国内大多数齿轮生产厂家由于老标准应用的时间较长，已形成了习惯，对新的标准还不完全适应；另有少数工厂不具备检测有效硬化层深度的条件。

在生产过程中的炉前试块检验，用金相法测量渗层深度与有效硬化层深度有明显的差异，用有效硬化层测量深度对试样的要求高，且检验周期长，不适合炉前快速检验，那么我们是否可找出一种既简便、又与有效硬化层深度有对应关系的金相测量方法呢?针对此问题，我厂进行了大量对比实验，实验证明可采用测量50%铁素体处距表面的距离来确定有效硬化层深度。

1测量方法的制订有效硬化层深度的定义是从零件表面到维氏硬度值为550HV处的垂直距离。

从定义中我们知道，有效硬化层深度取决于渗层中的硬度分布，而硬度分布是与渗层中各处的含碳量密切相关的。

我们从齿轮渗碳(碳氮共渗)热处理工艺特点考虑，在正常淬火的条件下渗层淬火组织应为马氏体，渗层中各处的硬度取决于原材料的淬透性和碳浓度分布。

当材料一定时，对应于550HV处的含碳量也应该是一定的。

我厂渗碳(碳氮共渗)齿轮所用材料为20CrMo或20CrMnTi，经渗碳(碳氮共渗)之后，对应于550HV处的碳浓度约为0.35%～0.40%，从理论上讲，相对应的平衡组织中铁素体与珠光体的比例是一定的，铁素体大约占50%～56%，在金相检验中，50%铁素体比较容易区分，故我们试用金相法，测量50%～56%铁素体处至表面的距离定为有效硬化层深度。

浅谈齿轮渗碳淬火有效硬化层及硬度梯度随着机械工业的发展，对齿轮的质量要求日益提高，而齿轮的强度寿命和制造精度与热处理质量有很大关系。

为了检验齿轮材料热处理质量，在1987年以前，我国的齿轮渗碳淬火内在质量检验标准多为终态金相检验标准。

由于检测仪器的精度、分辨率等因素以及检验人员的经验参差不齐，造成检验结果有很大差异和争议。

为了解决金相法内在检验存在的弊端，机械部在1987年借鉴了DIN.ISO等标准中有关内容，修订了我国现行齿轮渗碳淬火内在质量检验标准。

此检验标准中，其金相组织检验标准基本与原标准相似，主要是对渗碳层深度及碳浓度梯度的测定作了较大的修改。

下面就渗碳层深度和碳浓度梯度分别采用金相法与硬度法测定进行简述。

一、渗碳层深度的检测1.1、金相法1.1.1、取本体或与零件材料成分相同，预先热处理状态基本相似的圆试样或齿形试样进行检测。

1.1.2、送检试样热处理状态为平衡状态，即退火状态。

1.1.3、低碳钢渗层深度为：过共析层+共析层+1/2亚共析层。

1.1.4、低碳合金钢渗层深度为：过共析层+共析层+亚共析层。

1.2、硬度法1.2.1、取样方法同金相法取样方法一致。

1.2.2、送检试样状态为淬火+回火状态。

1.2.3、渗碳深度用有效硬化层来表示，其极限硬度根据不同要求进行选择。

1.2.4、有效硬化层深度（DCp）：从试样表面测至极限硬度（如HV550）之间垂直距离。

1.3、两种关于渗碳深度检测的方法存在着一定的对应关系，下面用图形来描述。

从图中可看出：DCp（芯部）>DCp(HV500)>DCp(HV550)DCp(HV550)对应渗碳层中碳含量约为0.35~0.38%,此界限处即为金相法中1/2亚共析层处。

DCp(HV500)对应渗碳层中碳含量约为0.31~0.33%，此界限处为金相法中1/2亚共析层处。

DCp（芯部）对应渗碳层中碳含量为基体碳含量，一般为0.17~0.23%，此界限处为金相法中基体组织。

仪器在400倍以上的放大倍数下测量压痕。

测定应在各方约定的位置上，在制备好的试样表面上的两条或更多条硬化线上进行，并绘制出每一条线的硬度分布曲线二．齿轮固体渗碳工艺(一)渗碳剂的成份及其作用：固体渗碳剂主要是由木炭粒和碳酸盐(BaCO3或Na2CO3等组成。

木炭粒是主渗剂，碳酸盐是催渗剂。

木炭颗粒均匀，并要求3—6mm左右的占80%，1—3mm左右占20%左右，1mm以下的不大于1%，如果是大零件渗碳，大颗粒木炭应多些，小零件，小颗粒应多些。

常用的渗碳剂成份如表1所示。

常用渗碳剂的成份渗碳加热时，炭与其间隙中的氧作用(不完全燃烧)，生成一氧化碳。

2C+O2—→2CO 一氧化碳在渗碳条件下，是不稳定的。

活性碳原子被钢件表面吸收，并向内部扩散。

整个反反应过程可用下式示意表示：C+CO2—→2CO—→CO2+[C]单独用木炭进行渗碳，周期长，效果差，为了增加渗碳剂的活性，增加活性碳原子数量，一般加入一定数量的碳酸盐作为催渗剂。

催渗剂在高温下与木碳产生如下反应：BaCO3+C—→BaO2+CO Na2CO3 + C(木炭) —→ Na2O + 2CO 2CO —→ CO2 + [C]渗碳过程中，木炭受到了烧损，但催渗剂分解氧化物，在开箱冷却时与空气接触，如按下方程式进行还原，这使催渗剂消耗大为减少。

BaO+CO2—→BaCO3，Na2O+CO2—→Na2CO3 为了提高催渗剂再生效果，在此介绍一种有效的方法，即将高温下倒出来的渗碳剂，立刻用水喷洒(水的重量是渗碳剂重量的4—5%)。

通过这样的处理，碳酸盐可得较完全的再生，其原因是：BaO+CO2—→BaCO3这个过程随温度下降而缓慢，如果在高温下喷水，就能使BaO变成氢氧化钡，而氢氧化钡向碳酸钡转变不受温度的限制。

其反应如下：BaO+H2O—→Ba(OH)2 Ba(OH)2+CO2—→BaCO3+H2O 喷水还可以减少木炭的烧损和促进少量甲烷发生，甲烷吸附在木炭的孔隙中，也能加速渗碳。

齿轮渗碳厚度范围
齿轮渗碳是一种常用的表面处理工艺，通过在齿轮表面渗入碳元素，可以显著提高齿轮的硬度和耐磨性能。

然而，齿轮渗碳的厚度范围对于不同的应用场景是有一定要求的。

齿轮渗碳的厚度范围通常在几十微米到几百微米之间。

具体的厚度要求取决于齿轮的使用环境和功能要求。

一般来说，渗碳层的厚度越大，齿轮的硬度和耐磨性能就越好。

但是过厚的渗碳层可能会导致齿轮的变形和脆性增加，从而降低齿轮的强度和韧性。

对于一般的机械传动齿轮，渗碳层的厚度一般在50微米到150微米之间。

这样的厚度范围可以有效提高齿轮的硬度，使其能够承受较大的载荷和磨损。

同时，适当的渗碳厚度还可以提高齿轮的韧性，增加其使用寿命。

对于高载荷和高速度的齿轮传动系统，渗碳层的厚度可能需要更大。

一般来说，这样的齿轮需要具有更高的硬度和耐磨性能，以保证其在高应力和高摩擦条件下的可靠工作。

因此，这类齿轮的渗碳厚度一般在150微米到300微米之间。

对于一些特殊要求的齿轮，渗碳层的厚度可能会有所不同。

比如，在一些需要更高硬度和耐磨性的齿轮上，渗碳层的厚度可以达到300微米以上。

而在一些对齿轮噪声和振动要求较高的场合，渗碳层的厚度一般会相对较小，通常在50微米到100微米之间。

齿轮渗碳的厚度范围是根据齿轮的使用环境和功能要求来确定的。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的渗碳厚度，以保证齿轮的性能和可靠性。

同时，在进行齿轮渗碳处理时，还需要注意控制渗碳的工艺参数，以确保渗碳层的均匀性和一致性，从而提高齿轮的质量和使用寿命。

今日制造与升级 33制造与工艺齿轮表面硬度和齿轮的硬化层深度是为了保证轮齿从表面到一定深度范围内的强度（硬度）都能满足接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的要求[1]。

18CrNiMo7-6 属于德国牌号的低碳合金钢，具有较高的淬透性，适用于制造重载齿轮、轴承衬套等渗碳淬火零件，在轨道交通齿轮箱齿轮制造中大批使用[2]。

硬化层深度是保证齿轮不产生渗层疲劳剥落失效的基本条件[3]，对齿轮的使用寿命具有至关重要的影响。

本文研究的对象是提升18CrNiMo7-6渗碳盐淬热处理后硬度的合格率，主要是对渗碳盐淬热处理过程进行分析并改善。

根据DIN EN10084—2008《表面硬化钢的交货技术条件》规定，18CrNiMo7-6 钢的化学成分（质量分数）如表1所示。

表1 18CrNiMo7-6 钢的化学成分（质量分数） %C Si Mn Cr Ni Mo S P 0.180.290.581.641.590.310.0010.0061 齿轮表面硬度和齿轮的硬化层深度的测量系统分析结合齿轮的服役条件和受力状态，18CrNiMo7-6渗碳盐淬热处理齿轮的热处理硬度技术要求是表面硬度为58~62HRC ，有效硬化层深不小于1mm ；在工艺过程改善之前，表面硬度的不良率约11%，硬化层深的不良率约30%。

为了避免热处理后的表面氧化物等影响硬度测量值，使用距表面0.1mm 处所测的硬度值为表面硬度，当测至距表面某处硬度低于规格下限时，该位置处的前一测试点距离表面的深度为有效硬化层深。

首先使用随炉试样来验证测量系统。

使用FM100显微硬度计，3个人每人测量2次，得出结果为P/T=22.17%，GR&R%= 20.04%，可区分的类别数=6，结果证明所选的测量仪器和方法能满足分析表面硬度及有效硬化层深的需要。

2 18CrNiMo7-6渗碳盐淬热处理过程FMEA汽车行业己将工艺过程FMEA 作为最有效的质量工具之一，并有专门的操作手册对开展失效模式和效果分析（FMEA ） 提供具体指导。

齿轮轴渗碳热处理工艺研究电圆锯主要用于切割钢件，渗碳齿形轴是电圆锯中的重要零件。

由于渗碳齿轮轴在工作中需承受转矩、冲击及磨损，因此要求具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度极限，一般采用低碳合金钢制造。

经实际验证，20CrMnTi材料热处理性能优于20CrMo，但存在着变形现象，为此进行分析变形产生的根本原因，并采取控制措施，为解决其它渗碳淬火零件的变形提供参考。

1 材料选用电圆锯齿轮轴最初选用20CrMo材料，技术要求为表面硬度HV（10）680～820，有效硬化层深0.2～0.5。

实际经热处理加工后表层至芯部过渡区及芯部硬度偏低，检测芯部硬度为296HV（1），低于JB/T7516—1994标准规定的心部硬度值为30—45HRC要求。

用户经耐久试验测试，轮齿有早期磨损现象，齿面呈剥落状裂纹。

分析认为心部硬度低是由于心部未淬透，心部组织中铁素体量太多，使得表面渗碳硬化层与心部的过渡区太陡。

在高的交变应力作用下，表面与心部交界处产生裂纹，逐渐扩展，容易产生深层剥落现象。

因此20CrMo材料渗碳淬火处理无法满足性能要求。

为改进淬透性，材料变更为20CrMnTi，热处理工艺采用原20CrMo材料使用的工艺。

经实际热处理加工后验证各项指标均符合要求。

总体反映20CrMnTi 材料热处理性能优于20CrMo。

2 变形形式及原因2.1 变形形式渗碳齿轮轴的热处理指标均合格，但在啮合检测时径向综合总偏差Fi″严重超差，结合齿圈径向跳动Fr检测得出：热处理过程存在严重变形，通过100件试验件热处理前后数据收集的状态分析，其变化趋势无规律可循。

2.2 原因分析渗碳齿轮轴经渗碳淬火后的变形是齿轮在热处理过程中产生的，但变形产生的根本原因，主要取决于材料、形状及整个工艺过程的质量。

因此要控制好热处理变形，不仅要在热处理时控制，而且要在齿轮的结构设计、材料的选用以及热前热后的制造过程都需要采取有效措施才能较理想的控制齿轮轴变形。

浅谈齿轮渗碳淬火有效硬化层及硬度梯度随着机械工业的发展，对齿轮的质量要求日益提高，而齿轮的强度寿命和制造精度与热处理质量有很大关系。

为了检验齿轮材料热处理质量，在1987年以前，我国的齿轮渗碳淬火内在质量检验标准多为终态金相检验标准。

由于检测仪器的精度、分辨率等因素以及检验人员的经验参差不齐，造成检验结果有很大差异和争议。

为了解决金相法内在检验存在的弊端，机械部在1987年借鉴了DIN.ISO等标准中有关内容，修订了我国现行齿轮渗碳淬火内在质量检验标准。

此检验标准中，其金相组织检验标准基本与原标准相似，主要是对渗碳层深度及碳浓度梯度的测定作了较大的修改。

下面就渗碳层深度和碳浓度梯度分别采用金相法与硬度法测定进行简述。

一、渗碳层深度的检测1.1、金相法1.1.1、取本体或与零件材料成分相同，预先热处理状态基本相似的圆试样或齿形试样进行检测。

1.1.2、送检试样热处理状态为平衡状态，即退火状态。

1.1.3、低碳钢渗层深度为：过共析层+共析层+1/2亚共析层。

1.1.4、低碳合金钢渗层深度为：过共析层+共析层+亚共析层。

1.2、硬度法1.2.1、取样方法同金相法取样方法一致。

1.2.2、送检试样状态为淬火+回火状态。

1.2.3、渗碳深度用有效硬化层来表示，其极限硬度根据不同要求进行选择。

1.2.4、有效硬化层深度（DCp）：从试样表面测至极限硬度（如HV550）之间垂直距离。

1.3、两种关于渗碳深度检测的方法存在着一定的对应关系，下面用图形来描述。

从图中可看出：DCp（芯部）>DCp(HV500)>DCp(HV550)DCp(HV550)对应渗碳层中碳含量约为0.35~0.38%,此界限处即为金相法中1/2亚共析层处。

DCp(HV500)对应渗碳层中碳含量约为0.31~0.33%，此界限处为金相法中1/2亚共析层处。

DCp（芯部）对应渗碳层中碳含量为基体碳含量，一般为0.17~0.23%，此界限处为金相法中基体组织。

工厂标准
Q/DZ
渗碳淬火齿轮有效硬化层深度
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1、定义：渗碳齿轮齿面有效硬化层深度是指终加工齿面至心部硬度
为Hv550处的厚度a，国际上用Eht表示。

2、渗碳齿轮有效硬化层最小深度a min按下式计算。

可从表1中直
接查取。

a min= log（1.2m n）+ 0.018m n
表1
3、有效硬化层深度的最大值a max按表2确定
共2页第2页
表2
4、本规定适用于轧钢机械、连铸机械、炼焦机械、冶炼机械、装卸
机械的传动齿轮。

5、特殊工况用渗碳齿轮的有效硬化层深度，可根据接触剪应力的大
小另行确定。

6.、本表对于Mn≤8的齿轮而言，其推荐的渗碳深度是合理的，但对于Mn>8的齿轮而言，其数据缺乏合理性。

7. 对于合理的渗碳层深度各国、各公司的标准不同，而且差距还比较大。

各国及各行业推荐的渗碳层深度见表3
表3 各国及各行业推荐的渗碳层深度
注：根据JB/T 8853-2001《圆柱齿轮减速机》渗碳层的深度根据模数选择，当Mn=1.5～6时，渗碳层深度ht=(0.2～0.3)Mn;
当Mn=7～18时，渗碳层的深度ht=(0.15～0.25)Mn（小模数取大值，大模数取小值）。