國(guó)內(nèi)外對(duì)比齒輪滲碳淬火標(biāo)準(zhǔn)適用性分析

本文將過(guò)比對(duì)國(guó)內(nèi)外重載齒輪的滲碳淬火標(biāo)準(zhǔn)（包括AGMA、ISO6636和JB/T 6141等），結(jié)合作者從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)心部硬度、齒根與齒面有效硬化層深比例、殘留奧氏體等評(píng)級(jí)指標(biāo)進(jìn)行了適用性分析。

1.心部硬度要求

本文對(duì)比了AGMA、ISO6636和JB/T 6141的心部硬度要求，如表1所示。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)的心部硬度要求

注：AGMA分級(jí)為I、II和II；ISO6336分級(jí)為ML、MQ和ME。

由表1可知，AGMA和ISO6636心部硬度分級(jí)方式和對(duì)應(yīng)的下限要求是一致的，根據(jù)材料和熱處理水平，分為三個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)下限要求分別為21HRC、25HRC和30HRC。對(duì)國(guó)內(nèi)的重載齒輪標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6141.2，心部硬度要求為30～46HRC之間。相當(dāng)于AGMA和ISO6636最高級(jí)別。

心部硬度的影響因素包括材料淬透性、輪齒的模數(shù)、截面尺寸和淬火參數(shù)等。而重載齒輪相當(dāng)多一部分為大型零件，模數(shù)往往超過(guò)16～40，有效截面尺寸超過(guò)60mm，單件重量超過(guò)10t，在這種條件下，對(duì)于絕大部分深層滲碳鋼種，很難達(dá)到30HRC要求。在AGMA標(biāo)準(zhǔn)中，列舉了常用材料模數(shù)與心部硬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如對(duì)4320材料（對(duì)應(yīng)與20CrNi2Mo），當(dāng)模數(shù)超過(guò)8.5～12.5時(shí)，心部硬很難保證穩(wěn)定達(dá)到27HRC以上。作者曾測(cè)試了20CrMnMo和20CrNi2Mo大型齒輪實(shí)物的心部硬度。該齒輪模數(shù)為28；截面尺寸為900mm，單重為9.5t，心部硬度測(cè)試結(jié)果在25HRC左右，相同規(guī)格型號(hào)的零件出廠后，服役壽命正常，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)早失效的情況。通過(guò)以上分析，對(duì)JB/T6141.2的心部要求提出以下觀點(diǎn)：

（1）參照AGMA和ISO6636，根據(jù)材料和熱處理水平分級(jí)提出心部要求（≥21HRC，≥25HRC，≥30HRC）。

（2）標(biāo)準(zhǔn)修訂者應(yīng)充分調(diào)研咨詢國(guó)內(nèi)外專業(yè)廠家，結(jié)合國(guó)內(nèi)當(dāng)前的熱處理水平。明確大型重載齒輪安全的、合理的心部要求。

2.齒根與齒面有效硬化層深比例要求

本文對(duì)比了AGMA和JB/T 6141的齒根與齒面有效硬化層深要求，如表2所示，可以看出，AGMA與JB/T6141-2提出的齒根與齒面有效硬化層深要求相差較大。

表2  兩種標(biāo)準(zhǔn)齒根/齒面有效硬化層深比例要求對(duì)比

作者曾經(jīng)以三種材料、不同模數(shù)齒形試樣和零件實(shí)物為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)分析了齒根/齒面有效齒根/齒面有效層深比例層深比例，結(jié)果如表3所示。可以看出，三種材料齒根/齒面層深比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果接近，與表2中AGMA提出的指標(biāo)要求較為符合，與JB/T6141-2所提出85%的要求相差較遠(yuǎn)。作者消化過(guò)歐美一些齒輪設(shè)計(jì)單位的熱處理技術(shù)要求，齒根/齒面有效硬化層深比例層深比例下限要求也在0.5～0.67之間。

表3 三種材料齒根/齒面有效層深比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果

因此，本文認(rèn)為，JB/T 6141-2的齒根/齒面有效硬化層深比例要求（0.85）過(guò)高，應(yīng)借鑒AGMA提出的（0.5～0.67）為合理。

3.殘留奧氏體的含量要求

本文對(duì)比了AGMA、ISO6636和JB/T 6141的殘留奧氏體要求，如表4所示，可以看出，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提出的要求接近，為25%～30%；從滲碳淬火質(zhì)量控制的角度，該指標(biāo)較為合理。另外一方面，降低殘留奧氏體的含量作為有效預(yù)防磨削裂紋方法之一，成為許多專業(yè)文獻(xiàn)資料的主要觀點(diǎn)，作者曾參與深層滲碳淬火件磨削裂紋的分析與預(yù)防，從中發(fā)現(xiàn)，盡管隨爐試樣和零件實(shí)物的滲層殘余奧氏體的含量控制在3～4級(jí)（按JB/T6141.2），含量大致為30%，滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求，但是仍然出現(xiàn)了磨削裂紋。如前所述，重載齒輪多為大件，與中小件相比，材料和加工成本相當(dāng)高昂。為降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，避免報(bào)廢損失，從預(yù)防磨削裂紋的角度，建議對(duì)該指標(biāo)要求提高至1～2級(jí)（≤15%）。

表4 不同標(biāo)準(zhǔn)的殘留奧氏體要求

注AGMA分級(jí)為I、II和II；ISO6336分級(jí)為ML、MQ和ME。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)比較分析，對(duì)重載齒輪滲碳淬火標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6141.部分要求指標(biāo)修改建議小結(jié)如下。

（1）根據(jù)材料和熱處理實(shí)際水平，分級(jí)提出心部要求（≥21HRC，≥25HRC，≥30HRC）。

（2）齒根/齒面有效硬化層深比例要求更改為：0.5～0.67。

（3）從預(yù)防磨削裂紋的角度，殘余奧氏體指標(biāo)要求提高至1～2級(jí)（≤15%）。