關(guān)于滲氮齒輪硬化層深度的檢測問題

牛萬斌，盧金生

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1 標(biāo)準(zhǔn)中的硬化層深度檢測問題

多年以來，齒輪行業(yè)對(duì)于滲氮齒輪的硬化層深度檢測，一直依據(jù)GB/T 11354—2005《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗(yàn)》[1]規(guī)定來執(zhí)行。其中在滲氮層有效硬化層深度測定方法中，規(guī)定了以“基體硬度+50HV”作為滲氮層深度的界限硬度值，而基體硬度是指距離表面約3倍于滲氮層深度位置所測3點(diǎn)硬度的平均值。

而在ISO 6336—2016《Calculation of load capacity of spur and helical gears-Part 5：Strength and quality of materials》[2]以及對(duì)應(yīng)的GB/T 3480—2008《直齒輪和斜齒輪承載能力計(jì)算 第5部分：材料的強(qiáng)度和質(zhì)量》[3]中的規(guī)定是：有效滲氮層深度是指從表面到400HV（或40.8HRC）硬度處的垂直距離，如果心部硬度超過了380HV，則以“基體硬度+50HV”作為界限硬度值。

2 差別驗(yàn)證

從目前齒輪加工水平（包括刀具）來看，基體硬度一般不會(huì)超過380HV，因此按照這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)以400HV為滲氮層的界限硬度值。

那么，分別以400HV和“基體硬度+50HV”為界限硬度值，所測得的滲氮層深度結(jié)果會(huì)有多大差別呢？圖1是隨機(jī)抽檢的滲氮齒輪的檢測結(jié)果，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。該齒輪熱處理技術(shù)要求為：調(diào)質(zhì)處理，心部硬度23～29HRC（241～277HBW）；有效滲氮層深度：0.32～0.54mm。

由圖1可見，同一件齒輪，分別以“基體硬度+50HV”（324HV）和400HV為界限硬度值時(shí)，滲氮層深度分別為205.28μm（圓整為0.21mm）和445.13μm（圓整為0.45mm），兩者相差一倍以上。

表1 滲氮層深度檢測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

圖1 某齒輪在兩種界限硬度值下的滲氮層深度

再設(shè)定一種情況，就是當(dāng)心部硬度分別為379HV和381HV時(shí)，按照ISO 6336—2016（GB/T 3480—2008）標(biāo)準(zhǔn)，則界限硬度分別為429HV和400HV，由此得到的滲氮層深度差異也很可觀。只不過呈現(xiàn)出與圖1相反的走勢，即以“基體硬度+50HV”為界限硬度值所測得的滲氮層較深，以400HV為界限硬度值的滲氮層較淺。

如果把這種差異以圖線表示出來，則為圖2中的剪刀差形式。當(dāng)基體硬度超過380HV時(shí)，兩條線相重合。

圖2 不同界限硬度值對(duì)滲氮層深度檢測結(jié)果的影響

由此可以看出，只有當(dāng)基體硬度為350HV時(shí)，兩種評(píng)判方法才能達(dá)到一致的結(jié)果；而偏離350HV越遠(yuǎn)，兩種結(jié)果的偏差就會(huì)越大。

3 結(jié)論和建議

1）分別以“基體硬度+50HV”和400HV為界限硬度值，所測得的滲氮層深度會(huì)有較大差異。

2）一般情況下，以400HV為界限硬度值所測得的滲氮層深度會(huì)小于以“基體硬度+50HV”為界限硬度值的結(jié)果。

3）建議GB/T 11354—2005和GB/T 18177—2008等標(biāo)準(zhǔn)再次修訂時(shí)，也采納ISO 6336—2016（或GB/T 3480—2008）的規(guī)定，對(duì)于滲氮齒輪產(chǎn)品，當(dāng)心部硬度低于380HV時(shí)，均以400HV為界限硬度值，避免出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)之間互相沖突、檢測人員無所適從的情況。對(duì)于其他類型產(chǎn)品，仍然可以沿用“基體硬度+50HV”的界限硬度值規(guī)定。

4）對(duì)于心部（基體）硬度的檢測位置，也應(yīng)做出更為明確的規(guī)定，即以滲氮層深度要求范圍的上限值的3倍深度，作為其檢測位置，這也是滲氮層深度檢測的最前提條件。

5）齒輪設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意并適應(yīng)這種新規(guī)定，在過渡時(shí)期的產(chǎn)品圖樣等技術(shù)文件中，至少應(yīng)注明滲氮層深度檢測的參照標(biāo)準(zhǔn)或界限硬度值。另外，在齒輪強(qiáng)度和承載能力計(jì)算、校核時(shí)，也應(yīng)注意這個(gè)問題。