4齒輪材料及熱處理質量檢驗要求
4.1一般原則
不同材料、不同熱處理工藝所得到的σHlim(接觸疲勞極限)、σFlim（彎曲疲勞極限）和σFE（σFE=σFlim·YST）見圖1～圖14。圖中的各材料質量等級的定義為：
ML表示對齒輪加工過程中材料質量及熱處理工藝的一般要求；
MQ表示對有經驗的制造者在一般成本下可以達到要求的等級；
ME表示必須具有高可靠度制造過程控制才能達到的等級；
MX表示對淬透性及金相組織有特殊考慮的調質合金鋼的質量要求。
4.2齒輪材料及熱處理檢驗要求
本條所列要求已經過實際應用驗證，作為推薦性文件提出。根據各自的經驗或需要，齒輪制造廠家也可采用其他的方法或數據。但應由齒輪供需雙方對細節(jié)達成協(xié)議，尤其是大型齒輪的場合。
4.2.1鑄鋼、結構鋼（圖1、圖2）
由于這些鋼材無一定化學成分要求，冶練方法也不明確，因此MQ線位于強度下限（ML，即MQ=ML）。該類結構鋼只用于輕載齒輪和次要齒輪。當鋼材生產可達到高檔要求或經過實際驗證時，亦可采用ME線數據。
4.2.2黑心可鍛鑄鐵（圖3、圖4）
這類材料通常用于小型輕載齒輪。熱處理工藝控制得當時，可提高材料性能。從可靠性考慮，MQ線位于下限（ML），若經過實用驗證，也可采用ME線數據。
4.2.3其他材料（圖5～圖14）
其他材料的質量及熱處理檢驗要求列于表1～表6。
表1鑄鐵材料（灰口及球墨鑄）（圖3、圖4）
|
序號 |
項目 |
灰口鑄鐵 |
球墨鑄鐵 |
|
ML MQ |
ME |
ML MQ |
ME |
|
1 |
化學成分 |
不檢驗 |
100%檢驗
提交鑄造合格證 |
|
100%檢驗
提交鑄造合格證 |
|
2 |
冶煉 |
不規(guī)定 |
電爐或相當設備 |
不檢驗 |
電爐或相當設備 |
|
3 |
力學性能 |
只提供HB值 |
要求σb或HB，針對
同爐號獨立的試樣
做檢驗報告 |
不規(guī)定 |
檢驗σs(σ0.2)，σb,δ5，
φ(代表性試樣)
靠近實際輪齒部位
檢驗HB |
|
4 |
石墨形態(tài) |
規(guī)定但不必檢驗 |
|
只擔供HB值 |
限制 |
|
基體組織 |
規(guī)定位不必檢驗 |
鐵素體含量≤5% |
不檢驗 |
|
|
5 |
焊補 |
在輪齒部位不允許焊補，其他部位只能在認可工藝下進行，焊
補后應進行去應力退火處理 |
不允許焊補 |
|
6 |
去應力退火 |
不規(guī)定 |
推薦500～530℃，
對于灰口合金鑄鐵
530～560℃
保溫適當時間 |
不規(guī)定 |
推薦500～560℃保
溫適當時間 |
|
7 |
內部縮孔（裂紋） |
不檢驗 |
檢驗氣孔、裂紋、砂
眼，限制缺陷 |
為檢驗 |
檢驗氣孔、裂紋、砂
眼，限制缺陷 |
|
8 |
表面裂紋 |
不檢驗 |
著色滲透探傷 |
不檢驗 |
不允許有裂紋，
100%經磁粉或著色
滲透探傷，大批量產
品可抽樣檢驗 |
表2非表面硬化調質鋼（鑄件）（圖6、圖8）
|
序號 |
項目 |
ML、MQ |
ME |
|
1 |
化學成分 |
不檢驗 |
100%跟蹤原始鑄件，提交檢驗報告 |
|
2 |
品粒度 |
不規(guī)定 |
5級或更細晶粒，提交檢驗報告 |
|
3 |
熱處理后的力學性能 |
HB |
檢驗σs(σ0.2)，σb,δ5，φ、HB，100%跟蹤原始鑄件，提交
檢驗報告。也可按供需雙方協(xié)議進行 |
|
4 |
無損檢測 |
|
|
|
4.1 |
超聲波檢查（粗車狀態(tài)） |
不規(guī)定 |
推薦檢查輪齒及齒根部位，對于大直徑工件，在切齒
前檢查缺陷。[按GB/T7233，合格標準：Ⅰ區(qū)（外圓至
齒根以下25mm外）為1級，Ⅱ區(qū)（輪緣其余部位）為
2級] |
|
4.2 |
表面裂紋檢測（最終加工狀態(tài)） |
不允許存在裂紋。100%經磁粉或著色滲透探傷檢查，對于大批量產品可抽查 |
|
5 |
焊補 |
可按規(guī)定工藝進行 |
輪齒部位不允許。其他部位只允許在熱得理前的粗車
狀態(tài)進行，切齒后不能焊補 |
|
注：當鑄鋼件質量達到段鋼件（鍛打或軋制）質量標準時，對與鍛鋼小齒輪配對的鑄鋼齒輪，也可采用鍛鋼的許
用應力值計算其承載能力，但這種情況須經試驗數據或應用實例驗證 |
表3非表面硬化調質鋼（鍛件或軋材）（圖5、圖7）
|
序號 |
項目 |
ML |
MQ |
ME |
MX |
|
1 |
化學成分1） |
不檢驗 |
100%跟蹤原始鑄件，提供檢驗報告 |
|
2 |
材料純度2）（按
GB/T10561
檢驗） |
不規(guī)定 |
鋼材在鋼包中脫氧及精煉，并應經過真空脫氣。澆鑄過程應有防氧化措施，除非用
戶要求，否則禁止故意加鈣，最大氧含量20×10-6，按GB/T10561方法B檢驗Ⅱ
區(qū)純度，檢驗面積近200mm2,下表為夾雜物當量尺寸允許值。提交檢驗報告。
|
|
A |
B |
C |
D |
|
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
|
MQ |
3.0 |
3.0 |
2.5 |
1.5 |
2.5 |
1.5 |
2.0 |
1.5 |
|
ME |
3.0 |
2.0 |
2.5 |
1.5 |
1.0 |
1.0 |
1.5 |
1.0 |
|
MX |
3.0 |
2.0 |
2.5 |
1.5 |
1.0 |
1.0 |
1.5 |
1.0 |
|
|
3 |
晶粒度 |
|
5級或更細晶粒，提交檢驗報告 |
|
4 |
鍛造比3） |
|
至少3倍 |
|
5 |
熱處理后
力學性能 |
HB值 |
對于鍛件或直徑250mm以上
棒材，同爐號切割試樣檢驗σs
(σ0.2)，σb,δ5及 指標，試樣連
同工件一同熱處理，全部工件
檢驗表面硬度HB也可按供
需雙方協(xié)議進行。提交檢驗報
告 |
同ME。材料淬透性及熱處理
工藝應足以保證齒根部位規(guī)定
深度的最低硬度。控制截面
見附錄A |
|
6 |
顯微組織 |
不規(guī)定 |
最低回火溫度480℃，齒根硬
度應滿足圖樣要求 |
輪緣部位顯微組織應以回火
馬氏體為主4） |
|
7 |
無損檢測 |
|
|
|
|
|
7.1 |
超聲波檢測
（粗車狀態(tài)） |
不規(guī)定 |
鍛后檢測并提交報告，對于大直徑工件，建議在切齒前檢查缺陷（按ASTM A388
靈敏度為3.2mm平底孔進行探傷，探傷時由外圓至中徑360℃掃描，在保證同等質
量前提下允許采用供需雙方協(xié)議的檢測方法。） |
|
7.2 |
表面裂紋檢測
（最終加工狀態(tài)） |
不允許存在鍛造或淬
火裂紋 |
不允許存在鍛造及淬火裂紋，磨削齒輪應檢查表面裂紋，檢查
方法由供需雙方協(xié)商 |
|
8 |
焊補 |
可按規(guī)定工藝進行 |
輪齒部位不允許，其他部位只允許在熱處理前的粗車狀態(tài)進
行，切齒后不能焊補 |
|
注：
當鑄鋼件質量達到鍛鋼件（鍛打或軋制）質量標準時，對與鍛鋼小齒輪配對的鑄鋼齒輪，也可采用鍛鋼的許用
應力值計算其承載能力，但這種情況須經試驗數據和應用實例驗證。
鍛鋼純度及鍛造比標準不能用于鑄件，夾雜物含水量量與形狀應控制為球狀硫化錳夾雜物（Ⅰ型）為主，但不允許
存在晶界硫化錳夾雜物（Ⅱ型）。
1）對于0℃以下冷態(tài)環(huán)境下服役的齒輪：
考慮低溫夏比（沖擊）性能的要求；
考慮斷口形貌轉化溫度或無塑性轉變溫度性能的要示；
考慮采用高鎳合金鋼；
考慮將碳含量降至0.4%以下；
考慮用加熱元件提高潤滑劑溫度。
2）材料純度檢驗只針對切齒部位，位于最終齒頂圓下兩倍齒高以上的深度。對于外齒輪，齒坯的這段區(qū)域通
常不超過半徑的25%。
3）只針對由鑄錠制成的鍛件，對于連鑄材料，最小鍛造比為7/1。
4）在齒輪載面上，至1.2倍齒高深處的顯微組織以回火馬氏體為主，允許混有少量先析鐵素體、上貝氏體及
細小珠光體，不允許存在未溶塊狀鐵素體。對于控制截面≤250mm的齒輪，非馬氏體相變產物不可超過
10%，控制截面＞250mm的齒輪，不可超過20% |
表4表面硬化調質鋼——經火焰及感應淬火（鍛造、軋制或鑄造）（圖10、圖12）
|
序號 |
項目 |
ML |
MQ |
ME |
|
1 |
化學成分 |
同表3（調質鋼1～6項）
對于普碳鋼和錳鋼的純度要求為：
|
A |
B |
C |
D |
|
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
彌散態(tài) |
聚集態(tài) |
|
3.0 |
3.0 |
2.5 |
1.5 |
2.5 |
1.5 |
2.0 |
1.5 |
|
|
2 |
調質后力學性能 |
|
3 |
純度 |
|
4 |
晶粒度 |
|
5 |
超聲波探傷 |
|
6 |
鍛造比 |
|
7 |
預備熱處理 |
淬火及回火態(tài)組織 |
|
8 |
表面硬度 |
48～56HRC |
50～56HRC |
|
9 |
有效硬化層深度1）
（按GB/T5617檢驗） |
硬化層深度是指從表面到相當于最低表面硬度規(guī)定值80%的硬度處的垂直距離 |
|
10 |
表層組織 |
不規(guī)定 |
抽查，以細針馬氏體為主 |
嚴格抽查，細針馬氏體 |
|
11 |
無損檢測 |
|
|
11.1 |
表面裂紋（磁粉或著
色滲透探傷）2） |
不允許
抽查首批工件 |
不允許
全部檢查 |
|
11.2 |
齒部磁粉探傷2） |
不規(guī)定 |
模數/mm
≤2.5
＞2.5～8
＞ 8 |
缺陷最大尺寸/mm
1.6
2.4
3.0 |
|
12 |
過熱（尤其是齒頂） |
禁止 |
嚴格禁止 |
|
注：本表適用于套圈式火焰淬火、套圈式或逐齒感應淬火工藝，齒根部位經過硬化，硬化層形狀如圖16、17所示。
1）為了得到穩(wěn)定的硬化效果，硬度分布、硬化層深、設備參數及工藝方法應該建檔，并定時檢查，另外用一個與工件形狀及材料相同的代表性試樣來修正工藝。設備及工藝參數應足以保證硬化效果的良好復現性，硬化層應布滿全齒寬和齒廓，包括雙側齒面、雙側齒根和齒根拐角。
2）最終加工后的齒輪輪齒區(qū)域內，任何質量級別的材料都不允許存在裂紋、爆裂、折皺。限制：25mm齒寬內不超過1個，一側齒面內不超過5個，在工作齒高中線以下不允許存在。對于超標缺陷，在不影響齒輪完整性并征得用戶同意情況下可以去除 |
表5表面硬化滲氮鋼和調質鋼——經氣體、液體、離子滲氮（氮碳共滲）（圖13、圖14）
|
序號 |
項目 |
ML |
MQ |
ME |
|
1 |
化學成分 |
同表3（調質鋼1～6項） |
|
2 |
調質后力學性能 |
|
3 |
純度 |
|
4 |
晶粒度 |
|
5 |
超聲波探傷 |
|
6 |
鍛造比 |
|
7 |
預備熱處理 |
無表面脫碳的調質或正火，其中回火溫度應高于后續(xù)氮化（共滲）溫度 |
|
8 |
心部要求1） |
不檢驗 |
σb＞900N/mm2或HB＞266（一般情況下鐵素體含水量量應5%） |
|
9 |
滲氮（氮碳共滲）層
深度 |
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380HV，那么心部硬度+50HV可作為界限硬度 |
|
10 |
表面硬度 |
|
|
10.1 |
滲氮 |
滲氮鋼2）、3）、4） |
605～900HV5） |
|
10.2 |
調質鋼2） |
＞450HV |
|
10.3 |
氮碳共滲 |
合金鋼2） |
＞500HV |
|
10.4 |
非合金鋼2） |
＞300HV |
|
11 |
表面組織
（白亮層及脆性） |
白
亮
層 |
滲氮 |
≤25μm |
≤25μm且以ε-相為主 |
同MQ。若滲氮后磨齒，
應考慮抗點蝕能力 |
|
氮碳共滲 |
不規(guī)定 |
白亮層＜30μm，且以ε-相為主 |
|
脆性 |
≤3級 |
≤2級（GB/T11354） |
|
12 |
滲氮后加工精度6） |
- |
特殊情況下磨齒，但應防止表面承載能力的降低 |
|
13 |
滲氮（氮碳共滲）
設備 |
設備及工藝參數可控。對液體氮碳共滲，要求帶有通風的鈦耐熱合金坩堝或純化
爐襯，以防止共滲時鐵元素滲入熔鹽中 |
|
注：1）對于滲氮或氮碳共滲件其調質后的心部硬度決定其最終心部硬度，因此在調質回火爆度高于滲氮或氮碳共滲溫度前提下，其硬度值在允許切齒（冷加工）的條件下，應盡可能取高的硬度值，以增加強度和以便函不產生蛋殼效應。
2）測量表面硬度時應注意垂直于表面，試驗載荷應同滲層深度及硬度相稱。
3）滲氮齒傳輸線抗過載能力較低，由于S-N曲線形狀平緩，因此在設計前應考慮好其沖擊敏感性。對于含鋁的合金鋼，當滲氮周期較長時，晶界有形成邊疆網狀氮化物的可能，使用這種鋼材，應在熱處理時列出特別注意事項。
4）含鋁氮化鋼或類似鋼材，只限于ML和MQ。這類材料的齒根應力值σFlim限制點：對于ML級，250N/mm2以下；對于MQ級，340N/mm2以下。
5）當由于白亮層，（＞10μm）而使硬度增加時，疲勞強度反而由于脆性原因而降低。
6）許多氮化齒輪抗過載能力低。因此，齒輪應有足夠高的幾何精度，以限制動載荷在輪齒總載荷中的比例。 |
表6表面硬化鋼——經滲碳（碳氮共滲）（鍛打或軋制）（圖9、圖11）
|
序號 |
項目 |
ML |
MQ |
ME |
|
1 |
化學成分 |
不檢驗 |
100%跟蹤原始坯錠，提交檢驗報告 |
對同一批坯錠取樣檢驗，提交檢驗報告 |
|
2 |
淬透性（按
GB/T225檢
驗） |
不檢驗 |
鋼材在鋼包中脫氧及精練處理，并經真空脫所，澆鑄過程應有防氧化措施，除非用
戶要求，否則禁止故意加鈣。最大氧含量25×10-6，按GB/T10561方法B檢驗Ⅱ
區(qū)純度，檢驗面積近200mm2。下表為夾雜物當量尺寸允許值。 |
|
3 |
純度及冶練 |
不規(guī)定 |
至少3倍 |
|
|
4 |
鍛造比1） |
不規(guī)定 |
5級或更細晶粒，提交檢驗報告 |
|
5 |
晶粒度 |
不規(guī)定 |
推薦。對于大直徑工件在切齒前檢查缺
陷 |
要示。五件以上產品可抽查 |
|
6 |
粗車狀態(tài)超
聲波探傷 |
不規(guī)定 |
方法同表3（調質鋼7.1薦） |
|
7 |
表面硬度 |
|
|
|
|
7.1 |
工件代表性
表面硬底2）
（見附錄C：維
一洛氏硬度
換算） |
最低55
HRC或
73HR
30N，抽
查 |
58～64HRC或75.7～81.1HR30N，
抽查 |
58～64HRC或75.7～81.1HR30N，
同爐熱處理件數≤5時全部檢查，否則
抽查 |
|
7.2 |
模數≤12mm
時齒寬中線
齒根區(qū)域的
表面硬度 |
不規(guī)定 |
滿足圖樣要求，抽查代表性與試樣 |
滿足圖樣要求，全部檢查或檢驗代表性
試樣 |
|
8 |
心部硬度 |
21HRC以上 |
25HRC以上 |
35HRC以上 |
|
推薦測量位置：齒寬中部齒根30°切線的法向上，深度為5倍硬化層深，但不小于1倍模數。
可按技術條件要求，或采用供需雙方協(xié)議的檢查方法進行檢測
|
|
9 |
有效硬化層
深度（按
GB/T9450檢
驗） |
有代表性試樣檢查或類似齒輪的同模數齒塊試樣的齒寬中部位于齒頂圓以下的齒頂高上檢
查，本指標關系到齒面接觸強度。在考慮齒輪模數和最大應力狀態(tài)的情況下確定。有效硬化層
深度是指表面到550HV或52HRC硬度外的垂直距離。在規(guī)定最小硬化層深度時，應注意到
對于彎曲強度和表面承載能力的最佳值不一樣。另外。不能超過最大硬化層深度，否則齒頂脆
性增加 |
|
10 |
至表面硬度
降（在有效硬
化層深度范
圍內，次層最
高硬度與表
面硬度之差。
硬度轉換參
考附錄C） |
不規(guī)定 |
對于工件或代表性試樣，硬度降低不超
過2HRC。當精加工狀態(tài)硬度650HV
以上時，硬度降低限制在40HV以下 |
硬度降低不能超過30HV |
|
11 |
各種顯微組織檢查均可按4.3中代表性試樣上進行，這種檢查對MQ任意，對ME必須檢查（對ML不要求） |
|
11.1 |
表面含碳量
限制 |
不規(guī)定 |
共析碳含量加+0.2%～0.10%,建議代表性試樣中以細針馬氏體為主，貝氏體
含量小于10% |
|
11.2 |
表面含氮量
（碳氮共滲） |
不檢查 |
按技術條件要求，一般含氮量不超過0.3% |
|
11.3 |
碳化物 |
允許有半
連續(xù)狀碳
化物網
（圖15a） |
允許有斷續(xù)的碳化物，對于代表性試
樣，所有碳化物長度不超過0.02mm
（圖15b） |
允許彌散狀碳化物按4.3中檢驗代表
性試樣（圖15c） |
|
可按各行業(yè)標準執(zhí)行 |
|
11.4 |
殘余奧氏體
（對代表性試
樣金相法檢
查） |
不規(guī)定 |
25%以下 |
25%以下且細小彌散 |
|
可按各行業(yè)標準執(zhí)行 |
|
11.5 |
表面非馬氏體
（IGO） |
不規(guī)定 |
滲層深度e/mm
e＜0.75
0.75＜e＜1.50
1.50＜e＜2.25
2.25＜e＜3.00
e＞3.00 |
IGO/μm
17
25
38
50
60 |
滲層深度e/mm
e＜0.75
0.75＜e＜1.50
1.50＜e＜2.25
2.25＜e＜3.00
e＞3.00 |
IGO/μm
12
20
20
25
30 |
|
若超差，可與用戶協(xié)調采用控制噴丸進行補救 |
|
12 |
無損檢測 |
|
12.1 |
表面裂紋（在
不影響齒輪
完整性并經
用戶同意可
去除表面缺
陷3）） |
不允許
有裂紋，
用磁粉
或著色
滲透探
傷法抽查 |
不允許有裂紋，磁粉探傷抽查率應達到
50% |
不允許有裂紋。100%磁粉探傷，批量≥
5件可抽查。抽查率高于MQ |
|
12.2 |
齒部磁粉探
傷3） |
不規(guī)定 |
模數/mm 缺陷最大尺寸/mm
≤2.5 1.6
＞2.5～8 2.4
＞8 3.0 |
模數/mm 缺陷最大尺寸/mm
≤2.5 0.8
＞2.5～8 1.6
＞8 2.4 |
|
13 |
心部顯微組
織（位置同第
8項） |
不規(guī)定 |
按行業(yè)有關標準執(zhí)行 |
為允許有塊狀游離鐵素體 |
|
注：1）見表3注3）；
2）由于尺寸和工藝的差別，齒根硬度可能略低于齒面硬度，允許值可由供需雙方協(xié)商；
3）在最終加工后的齒輪輪齒區(qū)域內，任何質量、級別的材料都不允許有裂紋、爆裂、折皺。限制：25mm齒寬內
不超過1個，一側齒面內不超過5個。在工作齒高中線以下不允許存在，對于超標缺陷，在不影響齒輪完
整性并征得用戶同意情況下可以去除。 |
|
|
|
|
|
|
|
4.3試樣
試樣由代表情鋼材制成，可以單獨鍛造，同產品一道經過所有的熱處理工序。選擇試樣應能在碳含量及顯微組織方面控制熱處理工藝質量，也可從工件代表性性能的角度來選擇。標準試樣的性能應在滲層組織和滲層深度方面與工件接近，并可根據經驗推斷。
關于試樣加工，應以供需雙方協(xié)議為準。
這里推薦兩種試樣。
a）過程控制試樣：適用于任何材料和形狀，它用于檢測熱處理工藝的穩(wěn)定性，其顯微組織并不代表最終齒輪的顯微組織，僅可根據實際經驗來推斷最終齒輪的近似狀態(tài)，這種推斷應該存檔備查。
b）代表性試樣：主要考慮能反映產品齒輪的冷卻速度，試樣心部硬度和顯微組織應該接近表6中第8項、第13項規(guī)定指標，其推薦尺寸為：
最小直徑（mm）：6×模數；
最小長度（mm）：12×模數。
另外，試樣鋼材應在化學成分及淬透性方面與工件相當。
