關于滲氮齒輪硬化層深度的檢測問題

牛萬斌，盧金生

1.浙江雙環傳動機械股份有限公司 浙江玉環 317600

2.鄭州機械研究所有限公司 河南鄭州 450052

1 標準中的硬化層深度檢測問題

多年以來，齒輪行業對于滲氮齒輪的硬化層深度檢測，一直依據GB/T 11354—2005《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗》[1]規定來執行。其中在滲氮層有效硬化層深度測定方法中，規定了以“基體硬度+50HV”作為滲氮層深度的界限硬度值，而基體硬度是指距離表面約3倍于滲氮層深度位置所測3點硬度的平均值。

而在ISO 6336—2016《Calculation of load capacity of spur and helical gears-Part 5：Strength and quality of materials》[2]以及對應的GB/T 3480—2008《直齒輪和斜齒輪承載能力計算 第5部分：材料的強度和質量》[3]中的規定是：有效滲氮層深度是指從表面到400HV（或40.8HRC）硬度處的垂直距離，如果心部硬度超過了380HV，則以“基體硬度+50HV”作為界限硬度值。

2 差別驗證

從目前齒輪加工水平（包括刀具）來看，基體硬度一般不會超過380HV，因此按照這兩項標準，則應以400HV為滲氮層的界限硬度值。

那么，分別以400HV和“基體硬度+50HV”為界限硬度值，所測得的滲氮層深度結果會有多大差別呢？圖1是隨機抽檢的滲氮齒輪的檢測結果，統計數據見表1。該齒輪熱處理技術要求為：調質處理，心部硬度23～29HRC（241～277HBW）；有效滲氮層深度：0.32～0.54mm。

由圖1可見，同一件齒輪，分別以“基體硬度+50HV”（324HV）和400HV為界限硬度值時，滲氮層深度分別為205.28μm（圓整為0.21mm）和445.13μm（圓整為0.45mm），兩者相差一倍以上。

表1 滲氮層深度檢測統計數據

圖1 某齒輪在兩種界限硬度值下的滲氮層深度

再設定一種情況，就是當心部硬度分別為379HV和381HV時，按照ISO 6336—2016（GB/T 3480—2008）標準，則界限硬度分別為429HV和400HV，由此得到的滲氮層深度差異也很可觀。只不過呈現出與圖1相反的走勢，即以“基體硬度+50HV”為界限硬度值所測得的滲氮層較深，以400HV為界限硬度值的滲氮層較淺。

如果把這種差異以圖線表示出來，則為圖2中的剪刀差形式。當基體硬度超過380HV時，兩條線相重合。

圖2 不同界限硬度值對滲氮層深度檢測結果的影響

由此可以看出，只有當基體硬度為350HV時，兩種評判方法才能達到一致的結果；而偏離350HV越遠，兩種結果的偏差就會越大。

3 結論和建議

1）分別以“基體硬度+50HV”和400HV為界限硬度值，所測得的滲氮層深度會有較大差異。

2）一般情況下，以400HV為界限硬度值所測得的滲氮層深度會小于以“基體硬度+50HV”為界限硬度值的結果。

3）建議GB/T 11354—2005和GB/T 18177—2008等標準再次修訂時，也采納ISO 6336—2016（或GB/T 3480—2008）的規定，對于滲氮齒輪產品，當心部硬度低于380HV時，均以400HV為界限硬度值，避免出現標準之間互相沖突、檢測人員無所適從的情況。對于其他類型產品，仍然可以沿用“基體硬度+50HV”的界限硬度值規定。

4）對于心部（基體）硬度的檢測位置，也應做出更為明確的規定，即以滲氮層深度要求范圍的上限值的3倍深度，作為其檢測位置，這也是滲氮層深度檢測的最前提條件。

5）齒輪設計人員應該注意并適應這種新規定，在過渡時期的產品圖樣等技術文件中，至少應注明滲氮層深度檢測的參照標準或界限硬度值。另外，在齒輪強度和承載能力計算、校核時，也應注意這個問題。