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圣諾科技術文檔
標題:齒輪火焰及感應淬火工藝及其質量控制

 

齒輪火焰及感應淬火工藝及其質量控制(JB/T9171-1999

 

本標準規定了齒火焰及感受應淬火(高頻、起音頻、中頻)的有關術語、材料選擇、使用設備、工藝及質量檢驗。

本標準適用于中碳碳素結構鋼和合金結構鋼以及低淬透性鋼等材料制造的齒輪火焰及感應淬火的工藝及其質量控制。

2引用標準

下列標準所包含水量的條文,通過在本標準中引用面構成為本標準的條文。本標準出版時,所示版本均為有效。所有標準都會被修訂,使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。

GB/T230-1991金屬洛氏硬度試驗方法

GB/T699-1988優質碳素結構鋼 技術條件

GB/T3077-1988合金結構鋼 技術條件

GB/T4340-1984金屬維氏硬度試驗方法

GB/T4341-1984金屬肖氏硬度試驗方法

GB/T5617-1995鋼的感應淬火或火焰淬火后有將近硬化層深度的測定

GB/T8539-1987齒輪材料及熱處理質量檢驗的一般規定

GB/T9175-1985環境電磁波衛生標準

JB/T4393-1987聚乙烯醇合成淬火劑技術條件

JB/T9200-1999鋼鐵件的火焰淬火回火處理

JB/T9201-1999鋼材件的感應淬火回火處理

JB/T9204-1999鋼鐵件感應淬火金相檢驗

YB/T2009-1981低淬透性含鈦優質碳素結構鋼

YB/T5148-1993金屬平均晶粒度測定方法

3術語

本標準采用下列定義。

3.1齒面硬度

成品齒輪輪齒工作高度中間部位的齒面硬度。

3.2齒槽底面硬度

成品齒輪齒寬中部齒槽底面部位的表面硬度。

3.3有效淬硬層深度

齒輪經火焰或感應淬火,并經回火后,于齒寬中部輪齒法截面上,在齒高中部沿垂直于齒面方向(全齒硬化除外),自表面測至極限硬度值處的深度。極限硬度值:

HV =0.8HVMS……………………1

式中:HV——極限硬度;

      HVMS——設計要求的最低表面硬度。

3.4淬硬層分布

齒輪經火焰或感淬火后,于齒寬中部輪齒法截面上,輪齒與其齒槽底面所呈現出的淬硬層分布形式。

4齒輪材料

4.1冶金質量

4.1.1化學成分、低倍和高倍組織、非金屬夾雜物應符合GB/T3077、GB/T699、YB/T2009的規定。

4.1.2合金結構鋼應采用細晶粒鋼,按GB/T6394評定,晶粒度應為58級。

4.1.3對大模數及重要齒輪,其毛坯應切除鋼錠頭尾部,以免除縮孔及不允許的偏析。

4.1.4力學性能指標不得低于GB/T3077、GB/T699YB/T2009的規定值。

4.1.5對有特殊要求的齒輪按用戶與制造廠雙方協議規定執行。

4.2鍛坯質量與力學性能

4.2.1對承載能力高的齒輪,用鋼錠鍛成齒坯,鍛造比應符合GB/T8539規定。

4.2.2齒坯流線應盡量沿輪齒齒廓分布。

4.2.3齒坯不得過熱、過燒,其晶粒度不得低于原材料晶粒度。

4.2.4齒坯力學性能試樣的取樣部位、數量、性能指標按各行業標準規定。

4.3火焰及感應淬火齒輪常用材料

碳素結構鋼:45,55,ZG310-570,ZG340-640。

合金結構鋼:40Cr,35CrMo,42CrMo,42MnMoV,37SiMnMoV,40CrNiMo,32CrMnMo,ZG35CrM,ZG35CrMnSi,ZG40Mn。

低淬透性鋼:55Ti,60Ti,70Ti。

滲碳、碳氮共滲后再進行感應淬火的齒輪材料:20,20Cr,20CrMnTiMo,20CrMnMo。

其他性能相當或較好的材料。

5設備要求

所選用的應能保證齒輪達到圖樣規定的硬度,有效淬硬層深度及淬硬層分布等要求。

5.1火焰淬火設備

5.1.1供氣裝置

a)燃燒氣體(乙炔、天然氣等)供給裝置必須有輸出控制裝置、壓力計和安全閥、在對穩定狀態下輸出燃燒氣體的壓力控制在0.090.11MPa范圍內。

b)氧氣瓶和氧氣匯流排,應裝壓力計和減壓閥,在穩定狀態下輸出氧氣壓力應符合JB/T9200的規定。

c)采用氧乙炔焰時,乙炔與氧氣的體積比為:11.11:1.5

5.1.25噴嘴和噴槍

噴嘴的設計及制造質量應能滿足齒輪加熱淬火要求。

a)噴嘴的結構形式視淬火方法面定,要考慮火也直徑、數量及排數和水孔直徑、傾斜角度及排數。當齒輪旋轉加熱時,設定兩個或多個固定火焰噴嘴;單齒沿齒槽加熱淬火噴嘴,盡量仿形,在齒根部火孔數量要多些,火孔位置要低于齒頂35mm。

對于淬裂傾向較大的合金鋼可采用三室噴嘴,在火孔與水孔之間加壓縮空氣孔,以實現預冷淬火。

b)噴嘴的火也直徑一般為0.30.6mm,水孔直徑為1.01.5mm,二者的行間距離一般為1018mm,水孔中心線與火也中心線夾角呈12°30°。在火孔與水孔之間應設置擋水板,以鋼回火。

c)注意噴槍的保養,以防阻塞和爆炸。

5.1.3淬火機床

根據齒輪的尺寸、模數和要求的淬硬層深度,適當選擇一次式淬火機床或移動式淬火機床或齒輪專用淬火機床,其淬火機床應符合表1所示的精度值。

1

機床檢驗項目mm

精度

主軸錐孔徑向圓跳動1mm

0.3

回轉工作臺面的跳動2mm

0.3

頂尖連線時滑板移動的平行度mm

0.3

工件進給速度變化量3mm/s

±5%

1)將檢驗棒插入主軸錐孔,在距主軸端面300mm外測量。

2)裝上直徑大于300mm的圓盤,在半徑150mm外測量。

3)測量工作行程300mm的平均速度。

52感應加熱淬火設備

5.2.1感應加熱電源設備

a)根據齒輪模數、淬硬層濃度選擇適當頻率的感應加熱設備。

一般推薦高頻(GP)適用于處理模數4mm以下、淬硬層深度1.01.5mm的齒輪。模數6mm以上的齒輪右用高頻單齒淬火。

超音頻(CYP)適用于處理模數25mm、淬 硬層深度25mm的齒輪。

b)感應加熱設備在正常工作條件下,必須按加熱要求輸出適當的功率,在輸入端和輸出端應有控制裝置;電壓變動量控制在±2.5%或輸出功率變動量控制在±5%的范圍內。

c)為克服由于網路電壓變化引起的感應加熱電參數波動,最好配置穩定裝置。

d)設備應配有加熱延時及冷卻限時裝置。

e)高頻電磁輻射職業暴露應符合GB/T9175的規定,噪聲限制值不大于85dB.

5.2.2感應器結構

感應器的結構應設計合理,加工精確,以滿足齒輪質量要求。

a)齒輪旋轉加熱淬火感應器均為圈式結構。對于外齒輪、內齒輪、錐齒輪、雙聯及多聯齒輪均應考慮感應器高度、內徑、外徑及合理的截面。

b)單齒同時加熱感應器,其加熱部分長度一般長齒寬矩35mm,以防輪齒的兩端面過熱,對錐齒輪應考慮到感應器與大端、小端與齒面的距離。

c)單齒連續加熱淬火感應器的噴液孔位置,對于模數510mm齒輪,噴液孔應低于齒頂1.52mm,對模數為10mm以上的齒輪,噴液孔則應高于齒頂1.52mm。

d)單齒沿齒槽加熱淬火感應器的結構,根據齒輪模數及齒形設計成形和形等不同形式。

e)導磁體的材料根據設備頻率選用。高頻導磁材料可采鐵氧體,中頻導磁材料可采用硅鋼片或鐵氧體或中頻導磁體。

5.2.3淬火機床

根據齒輪模數、尺寸、可設置適當的一次加熱式淬火機床和連續式加熱淬火機床,或齒輪專用淬火機床,機床不允許有爬行現象,淬火機床精度同表1。

5.3溫度測試

火焰或感應加熱時,用調節工藝參數來控制溫度。若配有測量裝置,其測溫精度應能控制在±15℃以內。

5.4淬火介質及冷卻裝置

5.4.1淬火介質的種類,根據齒輪材料、尺寸、形狀不同,可選用水、油、聚合物水溶液、油的乳化液、壓縮空氣等。

5.4.2浸冷時,冷卻槽應有足夠容量以及將淬火介質保持在表2所列的溫度范圍。

2

淬火介質

聚已烯醇水溶淬1

溫度范圍

1035

4080

1040

1)使用濃度0.1%0.3。見JB/T4393、JB/T9201。

5.4.3噴冷時,冷卻劑的數量及壓力要保持穩定,并能調節。

5.1.1冷卻裝置必須可靠,不得有堵孔現象。

5.4.5淬火介質的成分、濃度要配制合適,以保持足夠的冷卻能力,應定期檢驗,并符合有關規定。

5.5回火設備

5.5.1齒輪可在有空氣循環的電爐或鹽浴、油浴中進行回火;鼗鹪O備有效加熱區的溫度均勻性,應按表3所示的允許溫度偏差進行調節與控制。當功率和溫度控制較穩定時,也允許用中頻或高頻電流感應加熱回火。

3

所需溫度范圍

≤400

400

允許溫度偏差

±10

±15

5.5.2應配有顯示溫度的自動記錄裝置,熱電偶應不定期期校對,保持規定的精度。

6火焰或感應淬火齒輪預備處理

6.1齒面的表面粗糙度、齒端倒角、齒根過渡曲面均應符合技術條件。

6.2輪齒工作面上不允許有砂眼、縮孔等缺陷,其他部位可進行焊補等補救措施,并按GB/T8539規定檢驗。

6.3應去除齒輪表面的毛刺、污垢、銹斑、鐵屑以及其他雜物。

6.4對于預切齒后調質或淬火后需精加工的齒輪,應留有加工余量。要保證精加工后有效硬化層達到圖樣要求。

6.5合金結構鋼預選應經調質處理,得到索氏體組織,40Cr也可進行正火處理,處理后的硬度和金相組織應符合技術條件。

6.6碳素結構鋼預先經調質、正火或正火加回火處理,以得到細珠光體與鐵素體組織,其硬度和金相組織應符合技術條件。

6.7合金結構鋼和碳素結構鋼可采用鍛造余熱進行正火或調質,其硬度和組織應符合技術條件。

7齒輪火焰及感應淬火工藝規程

根據齒輪的模數、形狀和尺寸選擇以下的淬火方式。

a)齒輪旋轉一次淬火法;

b)齒輪旋轉(或不旋轉)連續淬火法;

c)單齒沿齒面淬火法;

d)單齒沿齒槽淬火法。

7.1火焰淬火工藝規程

7.1.1設計和選擇噴嘴的結構,選定淬火噴槍規格、型號與數量。

7.1.2齒輪與噴嘴、冷卻水嘴要保證正確的相對位置。

7.1.3齒輪旋轉淬火時,噴嘴與齒輪齒頂間隙為35mm,單齒沿齒槽加熱淬火時,噴嘴與齒面間隙為58mm。

7.1.4火焰加熱時,燃燒氣的壓力、氧氣壓力同5.1.1,冷卻水壓力為0.20.4MPa,連續淬火噴嘴移動速度為1.24.2mm/s。

7.1.5加熱溫度一般為840900℃,以淬硬層的顯微組織來確定最佳淬火溫度應避免齒頂過熱及齒根加熱不足。

7.1.6碳鋼采用水、聚合物水溶液噴冷或浸冷;合金鋼條用聚合物水溶液、浮化液、壓縮空氣噴冷或聚合物水溶液、油浸冷。

7.2感應淬火工藝規程

7.2.1設計或選用感應器,保證在各種淬火方法下,感應器與齒輪或輪齒之間有合理的間隙值。

7.2.2電壓、電流、電功率等電參數的選擇要匹配,并根據試淬結果調整各參數。

7.2.3加熱溫度同7.1.5。

7.2.4加熱時間應根據模數、淬硬層深度要求、設備功率及加熱形式確定。

7.2.5齒輪與感應器的相對移動速度與感應器高度、加熱時間的關系見式(2):

http://www.021jsj.cn/Eweb/uploadfile/20140610225044960.gif

式中:v——齒輪對感應器相對移動速度,一般為29mm/s;

      h——感應器高度,mm;

      t——加熱時間,s。

7.2.6對復雜易變形齒輪最好進行預熱,單齒加熱淬火時,可采用隔齒加熱以利減小變形和開裂傾向。

7.2.7冷卻方式

淬 火介質種類同5.4.1。

a)當旋轉加熱淬火時,齒輪在淬火介質中旋轉速度不得大于30r/mim,或外圓線速度小于500mm/s。

b)當沿齒槽加熱淬火時,必須對輪齒的兩外側齒面施以旁冷,以免已淬火輪齒齒面超過回火。

7.3回火

為防齒輪淬火開裂及使齒輪的尺寸穩定,應進行回火工序。

7.3.1回火可采用空氣爐、浴爐及感應回火,對大齒輪也可采用自行回火。

7.3.2回火溫度可根據齒輪材料、硬度要求確定。參見附錄A(提示的附錄)。

7.3.3回火時間通常在齒輪透燒后保溫不少于1.52h。

7.3.4淬火至回火的時間間隔一般不得超過4h,合金鋼淬火后應立即回火。

7.3.5對有回火脆性傾向的材料應有快冷措施。

8齒輪火焰或感應淬火質量控制和檢驗方法

8.1外觀

齒輪火焰或感應淬火后,經目測、不得有裂紋、燒傷、剝落等缺陷,齒部不得有碰傷。

8.2齒面硬度

8.2.1對批量生產齒輪,每批抽檢3件(首件、末件及中間軸件)

檢驗硬度。

8.2.2對齒輪旋轉一次淬火的齒輪,在相隔約120°的三個輪齒上,于齒高中部齒面各測13點,也可用洛氏硬度計測定齒頂硬度。檢測處的表面粗糙度Ra應小于3.2μm。

8.2.3對單齒淬火大模數齒輪,可用肖氏硬度計或用其他硬度計測量輪齒分度圓附近的齒面硬度。

8.2.4對模數小于2mm或無法使用硬度計測量的齒輪,可用標準銼刀或其他方法檢驗。

8.2.5所測的硬度值不取平均值,其最低硬度亦應符合圖樣要求。表面硬度的偏差不允許超過表4及表5的容許值。按GB/T230、GB/T4341規定測定。

4

洛氏硬度

表面硬度偏差值

同一件

同一批

60

4

5

≥5060

4.5

5.5

≥4050

5

6

5

肖氏硬度

表面硬度偏差值

同一件

同一批

80

8

10

≥6780

6

8

≥5567

8.2.6當硬度不符合圖樣要求時,應根據具體情況進行返修,在淬火前必須經正火中高溫回火外理,為防止產生氧化皮或減少變形也可采用感應正火,返修次數不得超過兩次。

8.2.7當齒寬小于150mm時,有效齒寬硬度區為齒寬的80%,并對稱分布于齒的兩端,當齒寬大于或等于150mm時,有效齒寬硬度區按設計要求規定。

8.3齒槽低面硬度

按各行業有關標準或圖樣要求檢驗。

8.4有效淬硬層深度

有效淬硬層深度測定方法按GB/T5617規定進行,測定結果應符合圖樣要求,同一件齒輪的有效淬硬層深度偏差值應控制在技術條件要求中值的±20%范圍內,重要齒輪偏差值控制在技術條件要求中值的±15%范圍內。

8.5淬硬層分布

批量生產時,每批抽檢1件;單件生產時,若有要求,可用齒形試塊進行檢驗。

8.5.1沿齒廓分布的淬硬層,其齒槽底面以下不同深度的硬度分布,應能達到技術條件要求。

8.6金相檢驗

批量生產時,每批抽檢1件,對大模數齒輪及齒輪軸可檢查試塊,并經磨制、拋光、腐蝕后用金相顯微鏡觀察。

8.6.1晶粒度按YB/T5148測定,58級為合格,或按各行業技術要求評定。

8.6.2金相組織按JB/T9204評定,根據各行業技術要求確定合格范圍。

8.6.3心部組織按各行業技術要求評定。

8.7裂紋檢驗

火焰或感應淬火后應100%進行裂紋檢驗,表面不允許有裂紋。當目測無法確定時,可采用磁粉探傷、熒光檢驗、著色檢驗及其他方法檢驗。

8.8變形檢驗

8.8.1齒輪的變形最應控制在產品圖樣或技術條件要求范圍內。

8.8.2批量生產時,每批抽檢3件,按產品圖樣或技術條件檢驗。

8.8.3單件生產的齒輪應定期抽驗。

9報告單

報告單應包括下列內容:

A)齒輪件號、材料、外徑、內徑、模數、技術要求;

B)質量檢驗結果;

C)數量及重量;

D)操作者、檢驗者的姓名或代號;

E)處理日期。



 

 

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