齿轮调质工艺及其质量控制
1 主题内容与适用范围
本标准规定了齿轮调质有关术语、材料选择、处理设备、工艺及质量控制要求。
本标准适用于锻钢和铸钢齿轮的预备调质热处理及最终调质热处理。
2 引用标准
GB 231 金属布氏硬度试验方法
GB 699 优质碳素结构钢技术条件
GB 1172 黑色金属硬度及强度换算值
GB 3077 合金结构钢技术条件
GB 4341 金属肖氏硬度试验方法
GB 6394 金属平均晶粒度测定法
GB 8539 齿轮材料及热处理质量检验的一般规定
GB 9452 热处理炉有效加热区测定方法
3 术语
3.1 齿轮毛坯
3.2 预备调质热处理
对最终热处理前的齿轮毛坯进行淬火和高温回火处理称为预备调质热处理。
3.3 预先切齿调质热处理（开槽调质）
齿轮毛坯经预先切齿，再进行淬火和高温回火处理称为预先切齿调质热处理。
3.4 最终调质热处理
齿轮毛坯经淬火高温回火后，不再进行任何热处理的工艺，称为最终调质热处理。
3.5 有效截面
作为计算加热、冷却时间用的截面，称为有效截面。
3.6 工艺硬度
为达到齿轮图样技术要求的齿面硬度，在制订齿轮毛坯调质工艺时，根据材料的淬透性及截面尺寸而规定的齿轮毛坯的外圆柱表面或端面应达到的硬度称为工艺硬度。
4 齿轮材料
4.1 调质齿轮材料
常用钢材如下：
合金结构钢 40Cr，35SiMn，35CrMo，42CrMo，50CrMoA，40CrNi，40CrMnMo，40CrNiMo，40CrNi2Mo，34CrNi3Mo，37SiMn2MoV
优质碳素结构钢 45，50，55
一般工程用铸造碳钢 ZG310-570，ZG340-640
合金铸钢 ZG40Cr，ZG35CrMo，ZG35CrMnSi
必要时可由用户与制造厂协商决定，可按JB/ZQ6207减速器齿圈用的碳钢和合金钢锻件或JB/ZQ6208减速器齿轮用碳钢和合金钢锻件选材。
4.2 冶金质量
4.2.1 材料的化学成分、非金属夹杂物及力学性能应符合GB 699、GB 3077及有关行业标准规定。
4.2.2 晶粒度、钢锭结构按GB 8539、GB 6394有关规定。
4.3 锻造齿轮毛坯质量
4.3.1 锻造比按GB 8539或按各行业规定。
4.3.2 锻坯不得过热、过烧、斑疤、折叠、裂纹，其晶粒度级别不低于原材料晶粒度级别。锻后余热调质热处理后的晶粒度级别按各行业规定。
4.4 力学性能试验
按规定程序批准的图样或技术文件要求测定力学性能时，其取样部位、试件数量及试验方法按各行业有关规定。
5 调质处理设备
5.1 加热设备
5.1.1 加热设备应能根据工艺要求控制炉温。在设备的有效加热区内，其保温温度偏差最大不超过±15℃。
5.1.2 当用火焰反射炉时，火焰不得直接喷射到齿轮毛坯上，以免局部烧伤。
5.2 冷却设备及介质
5.2.1 淬火冷却设备应具有循环冷却装置或搅拌装置，以保证齿轮毛坯获得足够而均匀的冷却。
5.2.2 齿轮毛坯淬火冷却时，介质温度应控制在：水温≤40℃；油温≤80℃。
5.3 温度测定及温度控制设备
5.3.1 淬火加热和回火炉应配有温度测量、指示、控制和自动记录装置。
5.3.2 测试仪表精度及热电偶等级应符合GB9452的规定。
6 齿轮调质热处理工艺规程
6.1 预备调质热处理工艺规程
6.1.1 淬火加热温度一般在Ac3以上30～50℃，对某些钢材也可采用亚温淬火，或锻造余热淬火，回火温度根据设计硬度要求确定。
6.1.2 齿轮毛坯应置于炉子的有效加热区内，工件间应保留一定的间隙，装炉量不得超过设备最大装载量。
6.1.3 齿轮毛坯达到工艺规定的淬火温度后，保温一段时间，使其透热及均匀化。
6.1.4 回火保温时间一般按有效截面尺寸计算，当有效截面尺寸小于60mm时，保温1.5～2h；当有效截面尺寸为60～100mm时，保温2～3h；当有效截面尺寸大于100mm时，应适当延长保温时间。
6.2 最终调质热处理工艺规程
6.2.1 装炉前应检查工件表面质量，不允许有裂纹、折叠、严重磕碰等缺陷。
6.2.2 粗加工后调质的齿轮毛坯，应留有合理的加工余量，必要时应预留起吊夹头和力学性能试棒。
6.2.3 齿轮毛坯的尖角处应倒角，断面突变处应以圆弧过渡。
6.2.4 当所选材料的齿轮毛坯工艺硬度达不到图样标注的硬度加要求的硬度差值时，应进行预先切齿再调质。常用的调质齿轮钢材截面与硬度对应关系见附录A（参考件）。
6.2.5 齿轮毛坯应置于设备有效加热区内，相互之间应留有一定间距。
6.2.6 对于大型锻坯或铸坯，应采用阶梯加热法，并应控制其升温速度。
6.2.7 淬火加热的保温和回火时间同6.1.3条、6.1.4条。
6.2.8 淬火后应及时回火，一般间隔时间不超过4h，对于大截面水冷后的中、低合金钢锻件及铸件，回火间隙时间不得超过2～3h。
6.2.9 淬火冷却时不应将齿轮毛坯堆放在冷却槽内，以防止冷却不均匀和产生过大的变形。
6.2.10 回火冷却一般为空冷，对于大截面锻件或铸件应随炉冷却至低于400℃后出炉再空冷；对于有回火脆性的钢材，回火后应采用油冷或水冷，然后再在400～450℃保温一段时间后空冷。
6.2.11 轴齿轮校直后应补充回火，其温度比调质的回火温度低30～50℃，工件变形量不得大于加工余量的1/2。
6.2.12 焊接齿轮的调质处理工艺与锻钢齿轮一样，其焊后的中间退火和最终退火的温度比齿圈调质时的回火温度低30℃，保温2～6h，然后以25～50℃/h的冷却速度冷却到300℃以下再空冷。
7 调质齿轮质量控制与检测方法
7.1 外观
齿轮毛坯调质后，外观表面不得有裂纹及伤痕等缺陷。(www.xing528.com)
7.2 硬度
7.2.1 调质后应进行硬度检验。
7.2.2 调质齿轮硬度用布氏硬度标注，符号为HBW，硬度值写在符号前面，并按GB 231规定测定。若用其他硬度计测量时，其硬度换算应符合GB 1172的规定。当用洛氏硬度计测出的硬度低于25HRC时，则应重新用布氏硬度计测定。
7.2.3 对批量生产，应按热处理炉次抽检，其抽检数按各行业技术文件规定进行。单件生产应100%测定。
7.2.4 硬度检测部位与点数
7.2.4.1 工序间检验
7.2.4.1.1 齿轮毛坯调质处理后，在其外圆柱表面或端面，用砂轮磨削一小平面，用硬度计测定，其测定值应以工艺硬度为准。几种钢工艺硬度与图样要求硬度差值见附录B（参考件）。
7.2.4.1.2 铸造齿轮毛坯硬度检测部位及点数见表1。
7.2.4.1.3 锻造轴齿轮与盘形齿轮硬度检测部位及点数见表2。
7.2.4.1.4 锻造环形齿轮硬度检测部位及点数见表3。
7.2.4.2 成品齿轮检验
成品齿轮硬度应在齿面或轮缘面上半径方向二分之一厚度处用无损检测硬度计测定。暂无条件时，也允许在齿顶面或端面上测定，测定结果应考虑材料淬透性的影响。
7.2.5 硬度均匀性
被检齿轮的硬度应均匀，单件硬度差不大于30～40HBW，批量硬度差不大于40～50HBW。
7.2.6 硬度检测结果评定
检测结果应符合技术条件。若检测齿轮中有个别点超出规定，则在该点附近加测两点。加测合格为合格品，若测不合格，应加倍检验。若加倍检验仍有不合格，则应全部检查或按不合格处理。
表1 铸钢齿轮硬度检测部位及点数
表2 锻造轴齿轮与盘状齿轮硬度检测部位与点数
表2 锻造轴齿轮与盘状齿轮硬度检测部位与点数
表3 锻造环形齿轮硬度检测部位与点数
表3 锻造环形齿轮硬度检测部位与点数
7.3 金相组织
7.3.1 根据技术条件要求进行该项检验。对于预备调质热处理齿轮毛坯，调质后金相组织为回火索氏体，齿面处铁素体含量小于10%；对于最终调质热处理齿轮的金相组织按GB 8539或按各行业规定。
7.3.2 检验方法：可在随炉试样或锻件加长部位取样，磨制成金相试样后，经腐蚀在显微镜下放大400倍观察，或根据用户与制造厂协议，用小型或手提式金相显微镜检验。
7.4 力学性能检验
7.4.1 力学性能检验项目与数量按GB 8539规定或按用户与制造厂协商进行。
7.4.2 轴齿轮取样部位在轴的加长部位距表面1/3半径处，盘形齿轮、环形齿轮在齿宽方向加长部位取切向试样。
7.4.3 对于齿轮部位与轴颈部位直径相差悬殊的轴齿轮，其力学性能的要求应考虑断面影响差值。
7.5 探伤检验
对设计要求探伤的齿轮，应进行超声波、磁粉、着色等任一种方式探伤。检验裂纹、气孔、缩孔等缺陷，按GB 8539有关规定或按用户与制造厂协商决定。
7.6 铸钢齿轮补焊
铸钢齿轮补焊应符合JB/ZQ4000.6《铸钢件补焊通用技术条件》规定，补焊部位应符合GB 8539规定。
附录A
常用调质齿轮钢截面与力学性能
（参考件）
表 A1
7.3 金相组织
7.3.1 根据技术条件要求进行该项检验。对于预备调质热处理齿轮毛坯，调质后金相组织为回火索氏体，齿面处铁素体含量小于10%；对于最终调质热处理齿轮的金相组织按GB 8539或按各行业规定。
7.3.2 检验方法：可在随炉试样或锻件加长部位取样，磨制成金相试样后，经腐蚀在显微镜下放大400倍观察，或根据用户与制造厂协议，用小型或手提式金相显微镜检验。
7.4 力学性能检验
7.4.1 力学性能检验项目与数量按GB 8539规定或按用户与制造厂协商进行。
7.4.2 轴齿轮取样部位在轴的加长部位距表面1/3半径处，盘形齿轮、环形齿轮在齿宽方向加长部位取切向试样。
7.4.3 对于齿轮部位与轴颈部位直径相差悬殊的轴齿轮，其力学性能的要求应考虑断面影响差值。
7.5 探伤检验
对设计要求探伤的齿轮，应进行超声波、磁粉、着色等任一种方式探伤。检验裂纹、气孔、缩孔等缺陷，按GB 8539有关规定或按用户与制造厂协商决定。
7.6 铸钢齿轮补焊
铸钢齿轮补焊应符合JB/ZQ4000.6《铸钢件补焊通用技术条件》规定，补焊部位应符合GB 8539规定。
附录A
常用调质齿轮钢截面与力学性能
（参考件）
表 A1
（续）
（续）
注：“/”表示不同冷却方法得到的力学性能。在“/”上面的数字为水淬油冷后回火的力学性能；“/”下面的数字为水冷后回火的力学性能。
① 表面最高硬度：淬火后所能达到的表面最高硬度。
② HBW：力学性能试样的硬度。
③ 对应表面硬度：被取试样材料调质后的表面硬度，可作为工艺硬度。
附录B
几种钢工艺硬度与图样要求硬度差值
（参考件）
表 B1（HBW）
注：“/”表示不同冷却方法得到的力学性能。在“/”上面的数字为水淬油冷后回火的力学性能；“/”下面的数字为水冷后回火的力学性能。
① 表面最高硬度：淬火后所能达到的表面最高硬度。
② HBW：力学性能试样的硬度。
③ 对应表面硬度：被取试样材料调质后的表面硬度，可作为工艺硬度。
附录B
几种钢工艺硬度与图样要求硬度差值
（参考件）
表 B1（HBW）
（续）
（续）
注：工艺硬度等于图样要求硬度加相应差值。
注：工艺硬度等于图样要求硬度加相应差值。
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