渗碳层有效层标准修订事项说明2013.3.23

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HRC58~60 心部硬度HRC33.5~43.5 （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 （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 001-88

A.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/T262-1999

A.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.表面非马氏体层深按“齿轮材料及热处理质量检验的一般规定”GB 8539

D. 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/T6141.3-1992

A.表面硬度HRC58~62 心部硬度HRC30~46(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:YTQ310.5-90

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 310.5-2008

A. 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YTQ310.5-90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. A VL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。A VL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：

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7~7.429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1.33mm, 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。