JB-T 7516-1994 齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制.pdf.pdf
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1、J 17 JB/T 75161994 齿轮气体渗碳热处理工艺 及其质量控制 1994-10-25 发布1995-10-01 实施 中华人民共和国机械工业部 发 布 1 1主题内容与适用范围 本标准规定了气体渗碳热处理齿轮的材料选择、热处理设备、工艺及其质量控制。 本标准适用于钢制齿轮的气体渗碳、淬火、回火处理。 2引用标准 GB 1818 金属表面洛氏硬度试验方法 GB 1979 结构钢低倍组织缺陷评级图 GB 3077 合金结构钢技术条件 GB 3480 渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法 GB 4340 金属维氏硬度试验方法 GB 5216 保证淬透性结构钢技术条件 GB 6394 金属平均晶
2、粒度测定方法 GB 8539 齿轮材料及热处理质量检验的一般规定 GB 9450钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核 GB 9452热处理炉有效加热区测定方法 GB 10561钢中非金属夹杂物显微评定法 GB/T 230 金属洛氏硬度试验方法 GB/T 13299 钢的显微组织评定法 JB/T 6077 齿轮调质工艺及其质量控制 ZB G51 108 防渗涂料技术条件 ZB J36 012 钢件在吸热式气氛中的热处理 ZB/T J17 004 齿轮火焰及感应淬火工艺及其质量控制 ZB T04 001汽车渗碳齿轮金相检验 3 齿轮材料 3. 1 选材原则 3. 1. 1 所选齿轮钢材经各种机械
3、加工和气体渗碳热处理后能满足产品性能的设计要求。 3. 1. 2 材料应为本质细晶粒钢。 3. 1. 3 对可靠度要求高的齿轮及大批量生产的齿轮应采用保证淬透性结构钢。 3. 1. 4 材料的热加工性能及切削加工性能应能满足生产要求。 3. 1. 5 考虑经济性和货源情况。 机械工业部1994-10-25 批准 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 齿轮气体渗碳热处理工艺 及其质量控制 JB/T 75161994 1995-10-01 实施 JB/T 75161994 2 3. 2 推荐渗碳齿轮用钢材 根据使用条件及钢材淬透性分档选用,除另有规定外,推荐钢材见表 1。 表 1 牌
4、 号应 用 范 围 20Cr 机床齿轮、轻载荷齿轮 20CrMo 20CrMnTi 20CrMnMo 20MnVB 汽车、拖拉机、机床、工程机械、船用减速器、机车及一般工业齿轮 12CrNi3 15CrNi3 20CrNi2Mo 20Cr2Ni4A 18Cr2Ni4WA 化工、冶金、工程机械、机车、电站、船舶、航空、坦克等高速齿轮及承受冲击 载荷较大的重载齿轮 3. 3 材料冶金质量 3. 3. 1 材料的化学成分、力学性能、一般疏松、中心疏松、偏析及表面质量按 GB 3077、GB 1979 规 定。GB 3077 中未列入的材料,其技术条件及材料的尺寸精度按双方协议控制。齿轮制造厂应具有钢
5、 厂质量保证书,并应进行抽检复核。 3. 3. 2 材料的奥氏体晶粒度应为 5 级以上,不应有混晶现象,按 GB 6394 检验。 3. 3. 3 材料的淬透性带应在 GB 5216 规定的范围内。有特殊要求时,距端淬试样末端一定距离的硬 度范围由用户与钢厂协商确定。 3. 3. 4 非金属夹杂物按 GB 10561 检验,氧化物、硫化物应各不大于 3 级。对可靠度要求高的齿轮, 需保证材料的纯度,采用以真空冶炼、电渣重熔或真空重熔等方法冶炼的钢材。材料的含氧量应控制 在 20 ppm 以下,含氢量控制在 5ppm 以下,含硫量小于 0.015%。当有特殊要求时,按双方协议规定。 3. 3.
6、5 材料的带状组织按 GB/T 13299 检验,一般应不大于 3 级。 3. 4 锻件质量 3. 4. 1 齿轮锻件的始锻、终锻温度应严格控制。 3. 4. 2 锻造时应使坯料整个截面得到均匀变形,锻造比按 GB 8539 规定。若采用封闭锻造,其流线 应基本上呈径向分布。对大型轴齿轮按有关行业规定。 3. 4. 3 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去的表面缺陷。 4 热处理设备技术要求 4. 1 渗碳设备 4. 1. 1 渗碳可采用连续式气体渗碳炉、密封箱式炉、井式气体渗碳炉等。 4. 1. 2 连续式气体渗碳炉及密封箱式炉应能在加热、保温、冷却等各个阶段所
7、设定的温度下保持所需 的时间。 4. 1. 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 JB/T 75161994 3 10以内。有效加热区按 GB 9452 的规定测试。 4. 1. 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。 4. 2 渗碳后淬火加热设备 4. 2. 1 转炉、密封箱式炉和井式气体渗碳炉等加热设备,其有效加热区内的温度应控制在预定值的 10以内。 4. 2. 2 感应加热设备应符合 ZB/T J17 004 要求。 4. 2. 3 盐浴炉加热时,盐浴不
8、应对齿轮有腐蚀、脱碳及其他有害影响。 4. 3 淬火冷却设备及冷却介质 4. 3. 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。 4. 3. 2 淬火冷却设备应装有防火排烟装置。 4. 3. 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。 4. 4 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 8090。也可用专 用清洗剂。 4. 5 回火设备 4. 5. 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。 4. 5.
9、 2 回火设备应配有排油烟装置。 4. 6 温度的测定及控制设备 4. 6. 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。 4. 6. 2 测温仪表及热电偶应定期校验,并应符合 GB 9452 的规定。 4. 7 炉内气氛的测定及控制设备 炉内气氛可采用 CO2红外仪、氧探头、电阻丝、露点仪、定碳片及取气分析等任一方法进行测定 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。 5 渗碳前的预备处理 5. 1 正火 5. 1. 1 锻造后的齿轮锻坯应进行正火,正火温度一般为 890950,保温时间根据锻坯有效尺寸、 装炉
10、情况及炉型而定,锻坯出炉后不应堆放冷却,而应散开空冷或喷雾冷却。 5. 1. 2 对于某些合金结构钢, 当采用正火加回火工艺时, 正火温度略高于渗碳温度, 回火温度为 600 680。 5. 1. 3 根据钢材特性和锻造生产具体条件,可采用锻造余热等温退火或锻造余热正火工艺。 5. 1. 4 锻坯正火后或正火加回火后的硬度应符合工艺文件规定,其测试部位可参照 JB/T 6077;硬度 应均匀,单件硬度差值25HBS,同一批硬度差40HBS。 5. 2 等温退火 JB/T 75161994 4 对于高精度齿轮,为增加预处理组织均匀性,可采用等温退火工艺。 5. 3 去应力处理 对要求高的齿轮以及
11、模数大于 14mm 的齿轮,齿形粗加工后应进行去应力退火处理或在 600650 进行高温回火。 6 渗碳处理前的准备工作 6. 1 探伤 对可靠度要求高的齿轮应进行超声波或磁粉探伤检验,其技术指标可按 GB 8539 或各行业规定。 6. 2 表面清理 待渗碳的齿轮及吊装夹具均应进行清理或置于 450550炉内气化脱脂,除去表面油污、铁屑及 其他有害杂物。 6. 3 防渗措施 对齿轮不需渗碳的部位,可以采用防渗涂料涂敷表面。防渗涂料应附着牢固,渗碳处理后应易脱 落,且对齿轮表面质量无有害影响,其技术指标按 ZB G51 108 规定。也可采用镀铜或预留加工量等 防渗措施。 6. 4 吊装夹具
12、根据处理设备类型及齿轮的结构特点设计吊装夹具。 6. 4. 1 夹具的结构、尺寸应保证其在高温状态下具有足够的刚性。吊装夹具经多次使用后不应对齿轮 有较大的畸变影响,必要时必须及时更换。 6. 4. 2 夹具应保证在处理过程中齿轮各部位加热、冷却均匀,渗碳气氛流动均匀,并使生产操作安全 方便。 6. 5 随炉试样 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 用以下任一形式。 6. 5. 1 仿形试样或齿形试样,应至少含有 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,一般应大于 10 mm;齿宽为齿根圆齿厚的 23 倍,如
13、图 1 所示。 图 1 齿形试样 6. 5. 2 渗碳层检验试样见表 2。 表 2 mm JB/T 75161994 5 模 数 圆 棒 试 样 尺 寸 直径长度 dl 61635 6182550 18直径=1/2 齿高处的齿厚,长度=(23)直径 6. 5. 3 心部硬度与心部组织检验试样见表 3。 表 3 mm 模 数圆 棒 试 样 尺 寸 直径长度 dl 6 610 1018 18 3276 56130 76180 90205 6. 5. 4 采用盘形试样时,其厚度应大于表 2、表 3 中相应圆棒试样直径的 70%,而直径应大于厚度 的 3 倍。 6. 5. 5 用于锥齿轮的圆棒试样,其
14、直径大小可按齿宽中部模数值参照表 2 和表 3 确定。 6. 5. 6 随炉定碳剥层圆棒试样尺寸:dl,25mm100mm 。 6. 5. 7 随炉试样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,按各企业规定执行。 6. 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。 6. 6. 1 滴注式气体渗碳炉可采用专用渗碳油、煤油、丙酮、异丙醇、醋酸乙酯、甲苯等任一种作渗碳 剂,用甲醇作稀释剂。 6. 6. 2 可控气氛渗碳时,吸热式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。 6. 6. 3
15、 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。 6. 7 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。 7 工艺控制 7. 1 渗碳工艺规范 7. 1. 1 装炉 7. 1. 1. 1 将准备就绪的齿轮和随炉试样安放在吊装夹具上。对于中、小模数的薄壁齿轮应采用挂装或 托垫形式的夹具,对带有花键孔的齿轮应支承合理。 7. 1. 1. 2 齿轮装在夹具上时,轮齿之间不得有搭接,且轮齿工作面之间应留有足够间隙。 7. 1. 1. 3 井式气体渗碳炉的中检试样可在齿轮装炉后或排气结束后放入试样孔。 7. 1. 2 排气 7. 1. 2. 1
16、 齿轮装炉后,温度达 750以上时大量滴入甲醇,达 850后再通入渗碳剂。 7. 1. 2. 2 当采用井式气体渗碳炉处理易畸变和可靠度要求高的齿轮以及装炉量较大时,应采取分段均 温加热方式,同时通入氮气开始排气,炉温升至 750后滴入甲醇。 JB/T 75161994 6 7. 1. 2. 3 当炉温达到设定的渗碳温度,且炉气碳势达 0.8%时,即为排气结束,转入强渗阶段。 7. 1. 3 渗碳温度和时间 渗碳温度一般为 890930。渗碳时间根据钢材特性、渗层深度要求、渗碳温度、渗碳原料特性、 炉型等条件决定。 7. 1. 4 扩散 对于要求渗层梯度平缓的齿轮,强渗后应进行扩散。但当要求有
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