关于齿轮渗碳和碳氮共渗齿部渗层不均匀的问题

枯木望春

   现在，不论是普通井式气体渗碳炉，还是箱式多用炉，用于齿轮渗碳或碳氮共渗，从朋友那里获得的数据显示，齿顶、齿面和齿根的渗层深度并不一致，齿根（底）要浅一些。

   1，一个齿上，出现各处渗层深度不均匀的现象，对齿轮的使用寿命有什么样的影响？其允许的差别率有限制吗？

   2，目前，据悉真空渗碳可以解决这种渗层不均匀的现象，还有没有价廉的设备和方法解决这个问题？——如果这是一个缺陷问题的话

cnszgong

不知道催渗工艺和方法是不是能够解决这类问题。

沧海一声笑

cnszgong 发表于 2013-1-8 18:40

                               
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不知道催渗工艺和方法是不是能够解决这类问题。

齿轮的特征决定了这个特点！齿根的层深相比较于节缘以及齿顶就会出现一定的差异，如果受冷却效果的影响，那么这个差异更加大！

霜月

对渗碳齿轮来说，硬化层正常分布是齿顶最深、齿根最浅。一般齿顶比节圆处厚20%，齿根比节圆处浅30%应该都属正常。

枯木望春

霜月 发表于 2013-1-8 21:21

                               
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对渗碳齿轮来说，硬化层正常分布是齿顶最深、齿根最浅。一般齿顶比节圆处厚20%，齿根比节圆处浅30%应该都属 ...

    谢谢用数据说话！如果能获得渗层一致（基本一致），这样的齿轮有使用性能上的优势吗？
    我看到过一种零件，氮碳共渗要求白亮层必需≥20微米，表面不允许有疏松层。都知道这个要求是当前工艺上难以解决的问题，也是大家都认可的。为了达到这种要求，只能采取磨去几个微米的办法来满足设计要求。联想到，齿轮渗碳齿各部渗层不均匀是一个公认现象，但这种公认的接受条件是出于无奈，还是不均匀性本身就是无关紧要的实事？

霜月

枯木望春 发表于 2013-1-8 21:28

                               
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谢谢用数据说话！如果能获得渗层一致（基本一致），这样的齿轮有使用性能上的优势吗？ ...

齿根、节圆处获得一致的渗层是标准要求的，但渗碳齿轮的主要实效形式是齿的弯曲疲劳断裂和齿面的接触疲劳损伤，我个人认为齿根处和节圆处的硬化层深度差异正有利于提高轮齿的弯曲疲劳强度和接触强度。

沧桑岁月

正常现象，^_^。
渗碳过程中，渗碳气氛的浓度是定值，齿定部位的渗入面积最大，齿底部位渗碳面积最小，因此存在差别。
国外原图纸中存在硬化层深度的检测要求中齿节圆部位和齿底部位均有硬化层深度的要求，两者存在差别。到中国的图纸中这些东西都给去掉了。
这是我看到的国外技术人员带来的国外使用图纸和转发到中国的国外图纸的差别。

随风飘飘

零件在炉内加热保温时，宏观：通过观察孔看进去它就是一个发光体，特别是在有一定碳式气氛的炉内看上去更明显；微观：可以说明一点，在没有一定炉压的碳式气氛中加热保温，被加热零件表面与气氛、炉压互相排斥，也就是说只有提高到一定的炉压值，碳式气氛才能更均匀的渗入零件表面。
特别是齿轮，由于形状的原因，齿底与齿顶、节圆部位的渗碳层及硬化层是很难一致的；就是说，被加热零件的齿底与齿顶、节圆等所有部位达到一定的恒压值、同一个介质（炉内气氛）时，渗碳层及硬化层才有可能达到一致；
个人观点

潇潇暮雨

       老前辈的这个问题，我琢磨了数日，想跟帖，又无从说起。今天先抛出一个案例：
       　
      一个模数为2.5的20CrMnMoH行星轮新品，在轮边180°方向分别剖切两个2齿试块，检测结果如下：   
      齿块1：齿面有效硬化层CHD=0.70，齿芯硬度42HRC/439~442HV5；   
      齿块2：齿面有效硬化层CHD=0.80，齿芯硬度42.5~43HRC/468~470HV5

潇潇暮雨

     另一案例，连续推盘渗碳炉同一盘产品剖切检测结果：

      剖件1：材料20CrMnMoH，模数为m=10.3的盆角齿（螺旋锥齿），实测CHD=1.33~1.36mm；   
      剖件2：材料20CrMnTi，模数为m=6的圆柱齿轮，实测CHD=1.30mm。   

aaron01

讨论这个问题不得不说下渗碳的尖角效应，以下上传一篇论文，是我以前的同事、学弟李宇的博士毕业论文。
渗碳件“尖角效应”的定量表征及其变化规律研究.pdf (172.61 KB, 下载次数: 23, 售价: 1 金钱)

2013-1-13 10:07 上传

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结合实际生产中齿轮渗碳的例子，齿根和齿顶的硬化层差异更大，我认为影响来自两方面。
1，渗碳影响。在齿顶的尖角部位，几何形状的限制，使得渗入表面的碳原子较难向内扩散，扩散时也是两面（尖角的两条边方向）一起都有碳原子渗入，使得尖角内部碳浓度较高，通常我们经常在这个位置检查碳化物，就是因为这里扩散后碳浓度最高，很容易出碳化物；
2，淬火冷却时的影响。尖角处在冷却时由于可通过两条边同时向外散热，距表面一定深度的地方，其冷速较其他齿面或齿根位置快很多，相应地淬硬层厚度也会厚。

而齿根与齿顶比较，刚好反过来，是个凹角，碳扩散和冷却都比正常平面还要差，所以在同样情况下获得的淬硬层深度，尖角部位（齿顶）大于平面（齿面），平面（齿面)大于凹角（齿根），模数越小，意味尖角越尖，齿根也凹的越厉害，这个差异越大。

枯木望春

      我的问题，不是承认齿的各部位渗碳层深浅不均匀这一现实，而是如何解决它。除了真空渗碳以外，有没有比较简易方法？我告诉大家：有，那就是脉冲法渗碳或碳氮共渗。
    正如汪工所说，‘就是没有人肯干’！为什么都不敢越雷池一步？习惯了靠别人喂饭吃，还有不落后的道理

潇潇暮雨

aaron01 发表于 2013-1-13 10:21

                               
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讨论这个问题不得不说下渗碳的尖角效应，以下上传一篇论文，是我以前的同事、学弟李宇的博士毕业论文。

结 ...

      尖角效应引起的渗速不均匀，进而导致渗层不均匀是不争的事实，但除此之外，一定还有深层次的原因，否则，我在10#楼抛出的案例就无法解释。

潇潇暮雨

枯木望春 发表于 2013-1-13 11:23

                               
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我的问题，不是承认齿的各部位渗碳层深浅不均匀这一现实，而是如何解决它。除了真空渗碳以外，有没有 ...

       预氧化、脉冲应该可以减轻这种不均匀性，但是否能彻底解决呢？

枯木望春

潇潇暮雨 发表于 2013-1-13 11:49

                               
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预氧化、脉冲应该可以减轻这种不均匀性，但是否能彻底解决呢？

欲知后事如何，亲自干一干，再折腾几次，就明白了。您看，渗碳简单吧，也不是随便一个什么人，或者是一位成绩优良的学者一开始就可以干好的

孤鸿踏雪

       9#楼和10#楼两案例是否又回到“材料问题”呢？

tom

我认为无论采用什么方法渗碳，都不能根本改变这个现象，因为冷却也有尺寸、位置效应。此外，正如双工说的，有没有必要让齿轮各部位硬度一致。

枯木望春

tom 发表于 2013-1-14 09:40

                               
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我认为无论采用什么方法渗碳，都不能根本改变这个现象，因为冷却也有尺寸、位置效应。此外，正如双工说的， ...

看了这篇回帖，终于化解了我提的问题，原来齿轮设计制造行业，一定程度渗层不均匀性是个无关紧要的问题，因而失去了讨论的意义。遗撼的看到的只是‘不好’和‘没问题’两种不同观点的论述，看不到相关对其论点的支撑数据

shaod

这个不均匀我认为主要来自于齿轮各位置在加热过程中温度不同步所致。
齿顶处尤其尖角处很快到温并开始起步，而齿根则不然，3公里路程你先步行1小时，后面就是法拉利也追不上你的。

解决方案：先通保护气氛到温并匀温后，再通入渗碳气氛，试试吧。

个人观点，不足为凭。

潇潇暮雨

枯木望春 发表于 2013-1-14 12:02

                               
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看了这篇回帖，终于化解了我提的问题，原来齿轮设计制造行业，一定程度渗层不均匀性是个无关紧要的问题， ...

      我对这个问题的见解是：渗碳淬火产品（不唯齿轮）的渗层和硬度不均匀是允许的，比如，某一渗碳淬火产品，其表面硬度要求为59~63HRC，有效硬化层深度要求为0.90~1.20，那就是说，同一产品不同位置的有效硬化层深度和硬度允许有一定偏差，只要不超过技术要求给出的公差范围即认为是可以接受的，但不能认为是优秀的。即所谓“没有最好的，只有更好的”。

cnszgong

潇潇暮雨 发表于 2013-1-14 15:05

                               
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我对这个问题的见解是：渗碳淬火产品（不唯齿轮）的渗层和硬度不均匀是允许的，比如，某一渗碳淬火 ...

对小模数齿轮可以给一个有效硬化层要求的范围。但对大模数齿轮来说可以只规定有效硬化层的下限。

霜月

孤鸿踏雪 发表于 2013-1-14 09:12

                               
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9#楼和10#楼两案例是否又回到“材料问题”呢？

9楼给出的结果，可能的影响因素有：设备原因（温度均匀性、气氛均匀性、淬火冷却均匀性），原材料自身成分偏差，工件热前状态。
10楼给出的是两种材料：合金成分不同 ，渗碳速度、淬硬能力有差别。

孤鸿踏雪

霜月 发表于 2013-1-14 19:16

                               
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9楼给出的结果，可能的影响因素有：设备原因（温度均匀性、气氛均匀性、淬火冷却均匀性），原材料自身成 ...

      这就是说，一定程度的不均匀性是不可避免的。

潇潇暮雨

cnszgong 发表于 2013-1-14 18:54

                               
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对小模数齿轮可以给一个有效硬化层要求的范围。但对大模数齿轮来说可以只规定有效硬化层的下限。 ...

       为什么？我所接触的大模数深渗层齿轮产品的有效硬化层一样有公差上限要求的。

wanggong

潇潇暮雨 发表于 2013-1-15 10:54

                               
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为什么？我所接触的大模数深渗层齿轮产品的有效硬化层一样有公差上限要求的。 ...

技术上也不是越大越好(在保证心部强韧足够时,上限大一点是可以的).经济上,成本不划算.管理上,有上下限便于控制.
与机加工的尺寸公差技术上一般要求取基本尺寸(中间值)就是最好不同,有效硬化层我认为即使规定了上下限,还是偏中上限为好.

wanggong

我们标注技术要求是:硬度80.3---83HRA;国外标注是:硬度80.5+2.5HRA.
我们标注技术要求是:有效硬化层0.5---0.9mm;国外标注是:CHD:0.5+0.4mm.

霜月

孤鸿踏雪 发表于 2013-1-15 10:26

                               
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这就是说，一定程度的不均匀性是不可避免的。

这是剖检的后桥盆齿的渗碳层：节圆处有效硬化层1.4mm，齿根处有效硬化层0.95mm,
                                           节圆处总渗碳层1.6mm，齿根处总渗碳层1.2mm
                                            节圆处共析层0.6mm，齿根处共析层0.52mm。

孤鸿踏雪

霜月 发表于 2013-1-15 22:02

                               
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这是剖检的后桥盆齿的渗碳层：节圆处有效硬化层1.4mm，齿根处有效硬化层0.95mm,
                        ...

      近年来，我司做的多个出口产品，在剖检过程中发现，大多数情况是齿面（节园处）有效硬化层比齿根深，这比较合乎逻辑。但也有个别时候，其结果却反过来了，而且通过不同班次的不同检验员复检，检测结果并不存在问题，不知这种情况霜月专家是否遇见过？

霜月

孤鸿踏雪 发表于 2013-1-16 10:34

                               
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近年来，我司做的多个出口产品，在剖检过程中发现，大多数情况是齿面（节园处）有效硬化层比齿根深 ...

杨工说的这种情况我从未遇到过。

cnszgong

检测同一个试样？？
会不会是切割的时候出了问题呢？或许还有一种可能性就是原材料本身有偏析。