齿轮气体渗碳热处理工艺

Fuwa广东富华重工制造有限公司Guangdong FuWa Heavy Industries Co.，Ltd.
我公司齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制
主要内容与使用范围
本标准结合中国齿轮标准化技术委员会、机械工业部郑州机械研究所起草的《齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制》，根据我公司齿轮材料及性能所编写的基本符合产品要求的一般规定。

本标准适用于钢制齿轮的气体渗碳、淬火和回火处理。

一、标准篇
1、GB1818金属表面洛氏硬度试验方法
2、GB1979结构钢低倍组织缺陷评级图
3、GB3077合金结构钢技术条件
4、GB5216保证淬透性结构钢技术条件
5、GB6394金属平均晶粒度测定方法
6、GB8539齿轮材料及热处理质量检验的一般规定
7、GB9450钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核
8、GB9452热处理炉有效加热区测定方法
9、GB10561钢中非金属夹杂物显微组织评定法
10、GB/T230金属洛氏硬度试验方法
11、GB/T13299钢的显微组织评定法
12、GB/T225-88钢的末端淬透性试验方法
13、ZB G51 108钢件在吸热式气氛中的热处理
14、ZB J36 012 钢件在吸热式气氛中的热处理
15、ZB T04 001汽车渗碳齿轮金相检验
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二、材料篇
1、适合我公司齿轮产品的材料（见表一）
（遵循我国齿轮行业车辆齿轮钢采购标准CGMA001－2004钢号淬透能力）
表一
2、齿轮材料的冶金质量
1）化学成分
合金结构钢化学成分应符合GB／T3077-88《合金结构钢技术条件》中的有关规定，保证淬透性结构钢化学成分应符合GB/5216-85《保证淬透性结构钢条件》中的有关规定。

检验标准执行GB223。

2）纯净度
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-6-6 ，含硫量＜0.015%10，当有特殊要求时，10按双方，含氢量为≤5.0×钢材氧含量≤20.0×协议规定。

3）低倍组织
一般疏松≤2级，中心疏松≤2级，偏析≤2.5级。

检验标准执行GBl979-80《结构钢低倍组织缺陷评级图》。

4）非金属夹杂物
非金属夹杂物按GB／T10561-89中Ⅸ级标准检验，A≤2，B≤2，C≤1，D ≤1。

氧化物<3级，硫化物<3级，氧化物+硫化物<5.5级。

检验标准执行GB／T10561-89《钢中非金属夹杂物显微评定方法》。

5）带状组织
钢中带状组织≤3级。

检验标准执行GB／T13299-91《钢的显微组织评定方法》。

6）晶粒度
经930℃×3h渗碳后空冷，奥氏体晶粒度≥5级。

检验标准执行GB6394-86《金属平均晶粒度测定法》。

7）末端淬透性
根据齿轮具体使用要求，按淬透性带订货，同炉钢中最大离散值为4HRC。

检验标准执行GB／T225-88《钢的末端淬透性试验方法》。

三、锻件质量控制篇
1、原材料的控制
1）锻件用原材料（含钢锭）应有质量保证书，并符合工艺文件规定的材料牌号、尺寸规格和性能要求。

2）原材料或坯料进厂后需经材料检验部门复检，锻造用的锻材及锻坯，都必须有复检合格单。

复检合格的原材料应有复检印记，不合格料应作出明显的标记。

3）合格料、待检料、不合格料应有明显的标记，且应分区存放，严禁混料。

4）合格料的入库、出库必须有严格的管理制度。

2、锻件的检验
1）工序检验
①每批锻件必须进行“首检三件”制度，检验合格后方可正式投产。

生产中严格执行自检、互检和专检。

②工序检验员应对生产现场进行巡回检查，对锻件加热炉温度的控制、锻造操作情况进行监控，并定期抽检锻件的外行尺寸和表面质量。

③锻件或坯料经检验合格后，检验员应在工序卡或记录卡上签字后方可转入
下道工序2）锻件终检
①模锻件终检应按锻件图及GB12361、GB12362及合同等有关规定进行。

②自由锻锻件终检应按锻件图及JB4249、JB4385、ZB J32 003.1～003.8、ZB J32 001或合同等有关页14 共页3 第
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规定进行。

③在规定的锻件部位上打检验印记（挂标签）或其他标记均可。

④锻造时应使坯料整个截面得到均匀变形，锻造比按GB8539规定。

若采用封闭锻造，其流线应基本呈径向分布。

⑤锻坯不应有裂纹、折叠、过热及其他内部缺陷，也不能有最后加工无法除区的表面缺陷。

3）合格、不合格证
①合格证应有检验部门按有关技术标准或合同要求填写和签发锻件合格证。

②不合格品，经检验部门检验，确认为不合格的锻件，应隔离存放，并交质保体系的不合格品处理机构进行处理。

四、热处理设备篇
1、渗碳设备
1）渗碳可采用连续式气体渗碳、密封箱式炉、井式气体渗碳炉等。

2）连续式气体渗碳炉及密封箱式炉应能有加热、保温、冷却等各个阶段所设定的温度下保持所需时间。

3）连续式气体渗碳炉、密封箱式炉及井式气体渗碳炉的有效加热区内的温度应控制在预定值的±10℃以内，有效加热区按GB9452的规定测试。

4）渗碳加热设备应结构合理，设有使炉内气氛均匀流动的装置，渗碳加热室应具有良好的密封性，渗碳的原料供给系统应安全可靠。

2、淬火冷却设备及冷却介质
1）淬火冷却设备应具有可以控制的加热、冷却循环系统及搅拌装置。

2）淬火冷却设备应装有防火排烟装置。

3）淬火冷却介质应具有齿轮淬火所要求的冷却能力，且不易老化，其技术要求应符合有关标准。

在生产现场应有定期分析和调整的管理制度，以确保淬火质量。

3、清洗设备
清洗设备应具有浸泡、喷淋、油水分离等功能。

清洗液可用碱水，其温度为60～80℃。

也可用清洗剂。

4、回火设备
1）回火可采用连续式或周期式炉，其炉内有效加热区的温度应控制在预定值的±10℃以内。

2）回火设备应配有排油烟装置。

5、温度的测定及控制设备
1）渗碳淬火加热炉、回火炉应配有温度测控、自动记录及报警装置，淬火冷却设备应配有温度测控装置。

2）测温仪表及热电偶应定期校检，并应符合GB9452的规定。

6、炉内气氛的测定及控制设备
炉内气氛可采用CO 红外仪、氧探头、电阻丝、露点仪、定碳片通讯取气分析等方法进行测定2与控制。

相关设备按各自使用说明书操作。

碳势控制精度应在±0.05%范围内。

五、热处理工艺技术篇
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1、渗碳前的预处理
1）等温正火
①能有效控制冷却时的相变，使相变在等温温度下进行，能够获得均匀一致、满足要求的显微组织及硬度，其测试部位可参照JB/T6077，硬度应均匀，硬度差值≤25HBS，同一批硬度差≤40HBS。

②粗大的奥氏体晶粒形成的平衡组织(铁素体加珠光体)，在后序渗碳加热时可以重新获得细小均匀的奥氏体晶粒。

③预处理采用等温正火处理的零件，能够可靠地获得良好切削加工性能和稳定的淬火变形规律。

2）去应力处理
对要求高的齿轮以及模数大于14的齿轮，齿形粗加工后应进行去应力退火处理或在600～680℃进行高温回火。

3）渗碳处理前的准备工作
①探伤：按GB8539或行业标准，进行超声波或磁粉探伤检验
②表面清理：待渗碳的齿轮及料盘均应进行清理或置于450～550℃炉内气化脱脂，除去表面油污、铁屑及其他有害杂物。

③防渗措施：按ZBG51 108规定对齿轮不需渗碳的部位，可以采用防渗涂料涂敷表面。

也可采用镀铜或预留加工余量等防渗措施。

4）随炉试样
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随炉试样材料应与被处理齿轮材料相同，其形状尺寸应能代表齿轮实际处理情况，根据需要可采用如下任一形式。

①仿形试样或齿形试样，应至少有3个轮齿。

齿根以下截面厚度等于齿根圆齿厚的二分之一，或根据齿轮模数选取，一般大于10mm；齿宽为齿根圆齿厚的2～3倍。

（见附录二）
②渗碳层检验试样表
表二
③心部硬度与心部组织检验试样（见表三）
表三
）随炉钢铂定碳5页14 共页6 第
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①将一定长度30～60mm铂片用细砂把锈渍打磨干净，并用丙酮或酒精清洗干净、晾干，然后用天平测出渗碳前的重量并作记录。

将取样杆抽出，将铂片用镊子置于取样杆端部螺旋丝中，将其插入取样孔球阀外段，拧上后端螺冒，然后打开球阀将杆送入炉内，再将球阀关上少许，在炉内保持20～30分钟，渗碳结束后将取样杆抽出，为避免试样氧化应分两次进行，a、向外抽动300mm，冷却5分钟后打开球阀将端部抽到球阀外段，并关闭球阀。

b、待冷却5分钟后，才打开后
端螺冒JB/T10312-2001规定的方法，依公式计算碳势：将铂片取出。

用酒精或丙酮清洗干净后，按（渗后质量-渗前质量）÷渗后质量×％＋钢铂原始含碳量＝炉内碳势
称量一般用电子天平，保留到小数点后5位，并反复称量几次，以保证数据准确。

②随炉试样的数量根据设备类型及装炉情况确定，试样应放置在能代表齿轮热处理质量的部位，周期式渗碳炉的中检试样，可按爱协林公司标准执行。

6）渗碳原料的选用
根据热处理设备的类型、渗碳原料的特性及供应状况选择
①公司用可控气氛渗碳，吸热气氛原料气为天然气和液化石油气，其成分应符合ZB J36 012规定。

②渗碳原料应成分稳定、有害杂质含量低，含硫量应在0.02％以下，检验符合要求后使用。

③对于新购置的及较长时间未作渗碳使用的设备以及新夹具应进行预渗处理。

2、工艺控制
1）渗碳工艺规范
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应严格按照爱协林公司推杆式双排连续渗碳炉的工艺规范进行生产，现场的工艺制作和控制，由专人负责调试，未经允许不得随意修改任何技术参数。

2）淬火工艺规范
我司使用的爱协林设备淬火采用压淬和直淬两种工艺。

压淬保温室和直接淬火分开各走各的道，互不干涉，可实现3～4中不同规格（同一渗碳深度）的盆齿在3～4个压床上进行淬火。

直淬可执行隔盘角齿的直接淬火或其它型号盘齿的直接淬火，方便、更具有灵活性。

3）喷沙或喷丸
热处理后齿轮按要求进行喷沙清理或喷丸强化
3、质量控制与检验方法
1）随炉试样检验
①表面硬度：根据有效硬化层深度选用洛式、表面洛式等硬度计，选择方法见表四并按GB/T230或GB1818的规定检测。

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②当图样要求测表层硬度时，用维氏硬度计在试样截面上距表面0.05～0.10mm 处测定，测定方法按GB4340。

对渗碳淬火后需要磨齿的齿轮，表面硬度的测定部位应为从试样表面至轮齿单侧加工余量深度之处。

③表面硬度的均匀性要求见GB8539。

2）心部硬度心部硬度的一般要求30～45HRC，可由设计者根据齿轮使用条
件规定。

①齿形试样心部硬度的测定位置参见GB8539。

②当用圆棒试样时，在试棒长度中部截取10mm厚的试样，在试样横截面中心处测定。

试样尺寸与模数关系应符合表3。

3）有效硬化层深度
①对于渗碳淬火后需加工的齿轮，渗碳的工艺层深应为图样上标注的渗碳深度加上轮齿单侧的加工余量。

②有效硬化层深度的测定应以硬度法为准，测定部位按GB8539规定，测定方法按GB9450、GB4340，也可按各行业规定或生产厂与用户的协议。

③用金相法、断口法检测渗层深度时，应预先找出与硬度法测定有效硬化层深度的关系，以保证成品齿轮满足图样技术要求。

④渗碳齿轮有效硬化层深度推荐值见附录一
⑤当图样要求测定齿根有效硬化层深度时，应在齿形试样的法截面上向内测定，并以其测定结果为准。

4）表层含碳量
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①表层含碳量为表面至0.10深度范围的平均含碳量。

②如无特殊要求，表层含碳量一般控制在0.8～1.05％范围内，原则上不低于相应钢材的共析含碳量。

③表层含碳量可用试样剥层进行化学分析，也可用金相法判别或用直读光谱仪分析。

④应用各种碳控技术对渗碳过程进行控制时，应预先找出各种钢材渗碳时，其表层含碳量与气氛碳势的关系。

⑥当新产品试制或工艺调试时，应检验表层含碳量。

在批量生产中，若渗碳过程无任何气氛控制措施时，应定期检测表层含碳量。

5）表层组织
①残余奥氏体按各行业金相检验级别图评定。

一般齿轮应控制在30％以下，高精度齿轮应控制在20％以下，对于留有加工余量的齿轮，评定部位按内控标准规定。

②马氏体按各行业金相检验级别图评定。

对于齿形试样应以分度圆附近的严重视场作为评判依据。

③碳化物按各行业金相检验级别图评定。

当采用ZB T04 001碳化物评级图时，若试样在400倍下无明显碳化物，但试样表面硬度及含碳量合格，表层组织不为亚共析状态时，可评定为1级。

④表层脱碳试样经4％硝酸酒精溶液轻腐蚀后，置于显微镜下放大400倍观察，对于齿形试样着重检查齿根角处，脱碳层深度应不大于0.02mm或按GB8539分档控制。

⑤表层非马氏体试样经4％硝酸酒精溶液轻腐蚀后，置于显微镜下放大400倍观察，对于齿形试样着重检查分度圆及齿根圆角处，按GB8539分档控制。

6）心部组织按各行业规定或生产厂与用户的协议检验
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7）至表面硬度降、至心部硬度降
当图样要求测定至表面硬度降和至心部硬度降时，参见GB8539或各行业规定执行。

8）心部冲击性能
当用户要求时，在随炉圆棒试样或齿坯试样上取料，加工成冲击试样，进行冲击试验。

4、齿轮热处理质量检验
1）外观齿轮经热处理后，表面不得有氧化皮、碰伤、剥落、锈蚀等缺陷。

2）齿面硬度
①根据齿轮重要程度、批量及炉型规定抽检数量。

②测定部位以齿面为准，也可测齿顶或端面，但应考虑其与齿面硬度的差异。

测量点要求分布在约相隔120°的三个轮齿上，每个轮齿上一般不得少于2点。

其硬度值应符合图样技术要求。

③硬度计应稳定、可靠、重现性好。

当选用齿面硬度计检测齿面时，应将测头垂直于齿面；当用洛氏硬度计检测齿顶时，应将被测处用砂纸打磨，其表面粗糙度应符合GB/T230规定，测量时应放置平稳；当用锉刀检验齿顶、齿根硬度时，锉刀应为标准锉刀；当用肖氏硬度计或里氏硬度计D型冲头装置检测时，齿轮的有效硬化层深度必须大于0.8mm。

④对于无法用硬度计检测的齿轮，一般以随炉试样的测量值为准。

⑤当硬度不符合技术要求时，应加倍抽检，若仍不符合则应根据具体情况进行返修或判废。

3）有效硬化层深度
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①当采用各种碳控技术控制渗碳过程且生产质量稳定时，可以随炉试样的检测结果为准。

抽检周期可根据具体情况确定。

②对指量生产的齿轮，当渗碳气氛无任何控制措施时，在试样合格的情况下，每周应抽检一件齿轮解剖测定，检验方法同3-3）。

4）表层组织、心部硬度、心部组织
一般以随炉试样的检测结果为准。

公司可根据具体情况，确定解剖齿轮检验项目及检验周期。

检测方法同3-2），3-5），3-6）。

5）裂纹
①在热处理和磨齿后，可靠度要求高的齿轮应100检验，一般齿轮应进行抽检。

磨加工后表面一般不允许有裂纹。

②裂纹的检验方法可采用以下任意一种，如磁粉探伤、超声波探伤、荧光浸透及染色浸透探伤等。

③冷处理后微裂纹的检验用显微镜放大400倍观察随炉试样，在0.30mm×0.25mm 的矩形范围内，长度大于一个晶粒的微裂纹不得超过10个。

6）畸变
①热处理后畸变量应控制在有关技术要求范围之内。

②批量生产时，抽检项目和件数按产品图样的技术要求。

③单件生产的齿轮应定期抽检。

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5、记录内容
a、齿轮材料、盘数（数量）、件号、炉号。

b、渗碳热处理工艺流程及工艺参数。

c、检验的项目、部位及结果。

d、热处理操作人员、检验人员的姓名或代号。

e、操作、检验日期。

附录一
渗碳齿轮有效硬化层深度推荐值
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限公司，Ltd.
5.00 ～41.80 ～25 ．006 1．3041.50～2.00 28 ．7 00～5.00
42.30 1．808 ～32 ．00～5.00
．19
802.30
～附录二
郭春华2010-5-15 页14 共页14 第。