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国内外对比,谈重载齿轮渗碳淬火标准适用性分析

来源:未知 佚名 2019-02-12 浏览
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本文将过比对国内外重载齿轮的渗碳淬火标准(包括AGMA、ISO6636和JB/T 6141等),结合作者从业经验,对心部硬度、齿根与齿面有效硬化层深比例、残留奥氏体等评级指标进行了适用性分析。

1.心部硬度要求

本文对比了AGMA、ISO6636和JB/T 6141的心部硬度要求,如表1所示。
1 不同标准的心部硬度要求

标准

级别

AGMA

ISO6336

JB/T 6141.2

心部硬度要求HRC

IML

21

21

 

IIMQ

25

25

IIIME

30

30

注:AGMA分级为IIIIIISO6336分级为MLMQME

由表1可知,AGMA和ISO6636心部硬度分级方式和对应的下限要求是一致的,根据材料和热处理水平,分为三个级别,对应下限要求分别为21HRC、25HRC和30HRC。对国内的重载齿轮标准JB/T 6141.2,心部硬度要求为30~46HRC之间。相当于AGMA和ISO6636最高级别。

心部硬度的影响因素包括材料淬透性、轮齿的模数、截面尺寸和淬火参数等。而重载齿轮相当多一部分为大型零件,模数往往超过16~40,有效截面尺寸超过60mm,单件重量超过10t,在这种条件下,对于绝大部分深层渗碳钢种,很难达到30HRC要求。在AGMA标准中,列举了常用材料模数与心部硬度的对应关系。如对4320材料(对应与20CrNi2Mo),当模数超过8.5~12.5时,心部硬很难保证稳定达到27HRC以上。作者曾测试了20CrMnMo和20CrNi2Mo大型齿轮实物的心部硬度。该齿轮模数为28;截面尺寸为900mm,单重为9.5t,心部硬度测试结果在25HRC左右,相同规格型号的零件出厂后,服役寿命正常,没有出现过早失效的情况。通过以上分析,对JB/T6141.2的心部要求提出以下观点:

(1)参照AGMA和ISO6636,根据材料和热处理水平分级提出心部要求(≥21HRC,≥25HRC,≥30HRC)。

(2)标准修订者应充分调研咨询国内外专业厂家,结合国内当前的热处理水平。明确大型重载齿轮安全的、合理的心部要求。

2.齿根与齿面有效硬化层深比例要求

本文对比了AGMA和JB/T 6141的齿根与齿面有效硬化层深要求,如表2所示,可以看出,AGMA与JB/T6141-2提出的齿根与齿面有效硬化层深要求相差较大。

两种标准齿根/齿面有效硬化层深比例要求对比

标准

AGMA

JB/T  6141-2

有效硬化层深比例要求

(齿根/齿面)/mm

0.50.67

0.85

作者曾经以三种材料、不同模数齿形试样和零件实物为研究对象,统计分析了齿根/齿面有效齿根/齿面有效层深比例层深比例,结果如表3所示。可以看出,三种材料齿根/齿面层深比例统计结果接近,与表2中AGMA提出的指标要求较为符合,与JB/T6141-2所提出85%的要求相差较远。作者消化过欧美一些齿轮设计单位的热处理技术要求,齿根/齿面有效硬化层深比例层深比例下限要求也在0.5~0.67之间。

3 三种材料齿根/齿面有效层深比例统计结果

材料/(模数)

20CrMnMom12

20CrNi2Mom10

17CrNiMo6m16

有效硬化层深比例要求(齿根/齿面)(%)

0.67~0.69

0.60~0.79

0.71~0.75

因此,本文认为,JB/T 6141-2的齿根/齿面有效硬化层深比例要求(0.85)过高,应借鉴AGMA提出的(0.5~0.67)为合理。

3.残留奥氏体的含量要求

本文对比了AGMA、ISO6636和JB/T 6141的残留奥氏体要求,如表4所示,可以看出,三个标准提出的要求接近,为25%~30%;从渗碳淬火质量控制的角度,该指标较为合理。另外一方面,降低残留奥氏体的含量作为有效预防磨削裂纹方法之一,成为许多专业文献资料的主要观点,作者曾参与深层渗碳淬火件磨削裂纹的分析与预防,从中发现,尽管随炉试样和零件实物的渗层残余奥氏体的含量控制在3~4级(按JB/T6141.2),含量大致为30%,满足了标准要求,但是仍然出现了磨削裂纹。如前所述,重载齿轮多为大件,与中小件相比,材料和加工成本相当高昂。为降低质量风险,避免报废损失,从预防磨削裂纹的角度,建议对该指标要求提高至1~2级(≤15%)。

4 不同标准的残留奥氏体要求

标准

级别

AGMA

ISO6336

JB/T 6141.3

残留奥氏体含量要求

IML

3~4级

IIMQ

30%

≤25%

IIIME

30%

25%

AGMA分级为IIIIIISO6336分级为MLMQME

4.结语

通过比较分析,对重载齿轮渗碳淬火标准JB/T 6141.部分要求指标修改建议小结如下。

(1)根据材料和热处理实际水平,分级提出心部要求(≥21HRC,≥25HRC,≥30HRC)。

(2)齿根/齿面有效硬化层深比例要求更改为:0.5~0.67。

(3)从预防磨削裂纹的角度,残余奥氏体指标要求提高至1~2级(≤15%)。

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