国内外对比齿轮渗碳淬火标准适用性分析

本文将过比对国内外重载齿轮的渗碳淬火标准（包括AGMA、ISO6636和JB/T 6141等），结合编辑从业经验，对心部硬度、齿根与齿面有效硬化层深比例、残留奥氏体等评级指标进行了适用性分析。

1.心部硬度要求

本文对比了AGMA、ISO6636和JB/T 6141的心部硬度要求，如表1所示。

表1 不同标准的心部硬度要求

注：AGMA分级为I、II和II；ISO6336分级为ML、MQ和ME。

由表1可知，AGMA和ISO6636心部硬度分级方式和对应的下限要求是一致的，根据材料和热处理水平，分为三个级别，对应下限要求分别为21HRC、25HRC和30HRC。对国内的重载齿轮标准JB/T 6141.2，心部硬度要求为30～46HRC之间。相当于AGMA和ISO6636最高级别。

心部硬度的影响因素包括材料淬透性、轮齿的模数、截面尺寸和淬火参数等。而重载齿轮相当多一部分为大型零件，模数往往超过16～40，有效截面尺寸超过60mm，单件重量超过10t，在这种条件下，对于绝大部分深层渗碳钢种，很难达到30HRC要求。在AGMA标准中，列举了常用材料模数与心部硬度的对应关系。如对4320材料（对应与20CrNi2Mo），当模数超过8.5～12.5时，心部硬很难保证稳定达到27HRC以上。编辑曾测试了20CrMnMo和20CrNi2Mo大型齿轮实物的心部硬度。该齿轮模数为28；截面尺寸为900mm，单重为9.5t，心部硬度测试结果在25HRC左右，相同规格型号的零件出厂后，服役寿命正常，没有出现过早失效的情况。通过以上分析，对JB/T6141.2的心部要求提出以下观点：

（1）参照AGMA和ISO6636，根据材料和热处理水平分级提出心部要求（≥21HRC，≥25HRC，≥30HRC）。

（2）标准修订者应充分调研咨询国内外专业厂家，结合国内当前的热处理水平。明确大型重载齿轮安全的、合理的心部要求。

2.齿根与齿面有效硬化层深比例要求

本文对比了AGMA和JB/T 6141的齿根与齿面有效硬化层深要求，如表2所示，可以看出，AGMA与JB/T6141-2提出的齿根与齿面有效硬化层深要求相差较大。

表2  两种标准齿根/齿面有效硬化层深比例要求对比

编辑曾经以三种材料、不同模数齿形试样和零件实物为研究对象，统计分析了齿根/齿面有效齿根/齿面有效层深比例层深比例，结果如表3所示。可以看出，三种材料齿根/齿面层深比例统计结果接近，与表2中AGMA提出的指标要求较为符合，与JB/T6141-2所提出85%的要求相差较远。编辑消化过欧美一些齿轮设计单位的热处理技术要求，齿根/齿面有效硬化层深比例层深比例下限要求也在0.5～0.67之间。

表3 三种材料齿根/齿面有效层深比例统计结果

因此，本文认为，JB/T 6141-2的齿根/齿面有效硬化层深比例要求（0.85）过高，应借鉴AGMA提出的（0.5～0.67）为合理。

3.残留奥氏体的含量要求

本文对比了AGMA、ISO6636和JB/T 6141的残留奥氏体要求，如表4所示，可以看出，三个标准提出的要求接近，为25%～30%；从渗碳淬火质量控制的角度，该指标较为合理。另外一方面，降低残留奥氏体的含量作为有效预防磨削裂纹方法之一，成为许多专业文献资料的主要观点，编辑曾参与深层渗碳淬火件磨削裂纹的分析与预防，从中发现，尽管随炉试样和零件实物的渗层残余奥氏体的含量控制在3～4级（按JB/T6141.2），含量大致为30%，满足了标准要求，但是仍然出现了磨削裂纹。如前所述，重载齿轮多为大件，与中小件相比，材料和加工成本相当高昂。为降低质量风险，避免报废损失，从预防磨削裂纹的角度，建议对该指标要求提高至1～2级（≤15%）。

表4 不同标准的残留奥氏体要求

注AGMA分级为I、II和II；ISO6336分级为ML、MQ和ME。

4.结语

通过比较分析，对重载齿轮渗碳淬火标准JB/T 6141.部分要求指标修改建议小结如下。

（1）根据材料和热处理实际水平，分级提出心部要求（≥21HRC，≥25HRC，≥30HRC）。

（2）齿根/齿面有效硬化层深比例要求更改为：0.5～0.67。

（3）从预防磨削裂纹的角度，残余奥氏体指标要求提高至1～2级（≤15%）。