重载大模数齿轮深层渗碳工艺精益化探讨

　　钢件渗碳淬火是应用广泛的表面改性工艺。JB/T8929—1999深层渗碳标准，将渗碳淬火有效硬化层深度达到3mm以上的工艺定义为“深层渗碳”。深层渗碳较之渗氮、火焰及感应加热表面淬火等表面强化方法，能够更有效地提高零件的承载能力和疲劳强度，是大型重载装备零件(如重载大模数齿轮、大型轴承等)的有效表层强化方法。实际应用中，大量的重载硬面齿轮采用深层渗碳淬硬工艺，在大型井式渗碳炉进行长达数十小时的高温渗碳后淬硬。

　　如何确定深层渗碳工件的有效硬化层深度(以下简称Eht)，存在着若干方法与不同的看法。随着渗碳层深度的增加，渗碳时间显著增加。如渗层深度达6mm后，每增加1mm渗层深度需约50h[1]。

　　因此，渗碳层深度的增加，就意味着需要大量的耗能以及渗碳辅料消耗、设备台时占用、设备使用寿命的缩短、人力资源投入等，对综合经济效益的影响直接且巨大。其次是长时间的渗碳过程，对齿轮质量控制(碳浓度控制、渗层组织、残留奥氏体量、齿轮畸变等)有直接影响。

　　本文结合重载齿轮深层渗碳工艺的相关试验研究以及生产验证，对重载大模数齿轮深层渗碳工艺精益化进行探讨。

　　1 重载大模数齿轮有效硬化层深度的计算方法

　　计算各种齿轮的承载能力，常提及的材料特征参数有: 弹性模量(E)、泊松比(ν)、许用齿根应力(σFP)、弯曲疲劳极限应力(σFlim)、许用接触应力(σHP)、接触疲劳极限应力(σHlim)、抗拉强度(Rm)、硬度(HRC、HV等)。这些指标中强度、硬度和疲劳极限等，可通过选择适当的材料和热处理工艺方法获得。

　　但在多种齿轮承载能力计算方法标准中，有对齿轮材料与热处理的要求，但均未提出参与计算所需的 Eht 值，如GB/T3480—1997渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法，仅强调应“保证适当的有效硬化层深度”。如何确定重载大模数齿轮碳淬硬Eht值，主要有计算法和由此生成的图解法。

　　1.1 部分标准推荐的计算方法

　　我国齿轮渗碳淬硬精加工后的Eht按模数选取方法见表1。

　　1.2 部分标准推荐的计算法与图解法

　　GB/T3480.5—2008/ISO 6336—5:2003直齿轮和斜齿轮承载能力计算: 第5部分材料的强度和质量标准，明确提出:为防止断齿失效，推荐EhtFopt=(0.1～0.2)mn，即磨齿后的许用弯曲应力下能达到持久寿命的最佳硬化层深度;为防止齿面剥落，推荐EhtC按下式计算，即磨齿后分度圆上基于接触载荷引起的最大剪切深度的最小值。