【GB国家标准】 重载齿轮热处理技术要求

ICS25.200
J36
中华人民共和国国家标准
GB/T38805—2020
重载齿轮热处理技术要求
Technical requirements of heat treatment for heavy duty gears2020-06-02发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2020-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
渗碳淬火回火
感应淬火回火….
能源消耗要求
8安全卫生与环保要求
9产品报告单
附录A（资料性附录）渗碳齿轮硬化层深度推荐值附录B（资料性附录）
渗氮齿轮硬化层深度推荐值
GB/T38805—2020
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草本标准由全国热处理标准化技术委员会（SAC/TC75）提出并归口。GB/T38805—2020
本标准起草单位：河北汇工机械设备有限公司、北京机电研究所有限公司、常州天山重工机械有限公司、浙江双环传动机械股份有限公司、中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司、江苏丰东热处理及表面改性工程技术研究有限公司、常州新区河海热处理工程有限公司、北京华立精细化工公司、西安福莱特热处理有限公司、诺博汽车系统有限公司、常州大学本标准主要起草人：孙西岭、徐跃明、杨钟胜、顾晓明、牛万斌、杨明华、史有森、殷和平、马立晓、葛圣东、武进朝、陆海涛、胡静、付丛伟、付海峰m
1范围
重载齿轮热处理技术要求
GB/T38805—2020
本标准规定了重载齿轮的常用材料，热处理设备、工艺、质量检验，能源消耗及安全卫生和环境保护要求等。
本标准适用于重载齿轮的气体渗碳萍火回火、渗氮和感应火回火规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T230.1
GB/T231.1
GB/T3077
GB/T4336
金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法合金结构钢
碳素钢和中低合金钢
网多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法（常规法）GB/T4340.1
GB/T 4341.1
GB/T5216
GB/T5617
GB/T6394
GB/T7232
GB/T8121
GB/T9450
GB/T9452
GB/T10561下载标准就来标准下载网
GB/T11354
GB/T13298
GB/T13299
金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法金属材料肖氏硬度试验第1部分：试验方法保证淬透性结构钢
钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定金属平均晶粒度测定方法
金属热处理工艺·术语
热处理工艺材料术语
钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核热处理炉有效加热区测定方法
钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验金属显微组织检验方法
钢的显微组织评定方法
GB/T13324
GB15735
热处理设备术语
金属热处理生产过程安全、卫生要求无损检测磁粉检测第1部分：总则GB/T 15822.1
GB/T17107
GB/T17358
锻件用结构钢牌号和力学性能
热处理生产电耗计算和测定方法GB/T 17394.1
GB/T 18449.1
GB/T19944
GB/T20123
GB/T25744
GB/T30822
金属材料里氏硬度试验第1部分：试验方法金属材料努氏硬度试验第1部分：试验方法热处理生产燃料消耗计算和测定方法钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法（常规方法）钢件渗碳率火回火金相检验
热处理环境保护技术要求
GB/T38805—2020
GB/T32529
GB/T32540
GB/T32541
GB/T34882
GB/T34883
GB/T34889
JB/T5000.15
JB/T6077
JB/T9204
JB/T9218
热处理清洗废液回收及排放技术要求精密气体渗氮热处理技术要求
热处理质量控制体系
钢铁件的感应淬火与回火
离子渗氮
钢件的渗碳与碳氮共渗淬火回火重型机械通用技术条件：第15部分：锻钢件无损检测齿轮调质工艺及其质量控制
钢件感应淬火金相检验
无损检测渗透检测方法
JB/T10174
3术语和定义
钢铁零件强化喷丸的质量检验方法GB/T7232、GB/T8121和GB/T13324界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
heavy duty gear
重载齿轮
传递功率大、承载大、低速、受冲击载荷大的齿轮。注：重载齿轮主要指为矿山、冶金、建材、起重运输、矿用汽车、轨道交通、风电、航天、军用装备等主机配套的齿轮和通用减速器中的齿轮。
渗氮层深度
nitrided case depth; nitriding depth从表面到400HV硬度处的垂直距离。iik
4渗碳淬火回火
4.1材料及要求
4.1.1
常用材料及分类
渗碳齿轮常用材料及分类如表1所示。表1
渗碳齿轮常用材料及分类
按承载能力
按淬透性
般承载能力用渗碳钢
高承载能力用渗碳钢
中滚透性渗碳钢
（油淬临界直径g20mm~50mm）
高滚透性渗碳钢
油率临界直径50mm~100mm
常用钢材牌号
20CrMnTi,20CrMnMo.20CrNiMo12CrNi2、12CrNi312Cr2Ni4A/E、20Ni4Mo、20Cr2Ni4、17Cr2Ni2Mo、18Cr2Ni4W、20CrNiMo
20CrMnTi，20CrMnMo，20CrNiMo，12CrNi2、12CrNi3、12Cr2Ni420CrNi2Mo、17Cr2Ni2Mo
20Ni4Mo20Cr2Ni4.18Cr2Ni4W
4.1.2材料质量
4.1.2.1齿轮用钢应有钢厂提供的质量保证书，并按规定进行抽检和复核。GB/T38805—2020
4.1.2.2材料的化学成分、力学性能及表面质量应符合GB/T3077或GB/T5216规定的要求。4.1.2.3材料的奥氏体晶粒度应为5级以上。晶粒度级别按GB/T6394的规定进行检验4.1.2.4钢材的淬透性带宽应不大于6HRC。有特殊要求时.距端淬试样末端一定距离的硬度范围由用户与钢厂协商确定。
4.1.2.5
对可靠性要求高的重载齿轮，应保证材料的纯净度，如采用真空精炼或电渣重熔的方法冶炼钢材。控制钢材中的含氧量应低于0.002%、氢含量不高于0.0002%，钢材中的非金属夹杂物含量按GB/T10561方法测定，其级别应符合表2要求。当有特殊要求时，按供需双方协议规定。表2非金属夹杂物级别要求
A（硫化物类）
B（氧化铝类）
C(硅酸盐类）
≤1.5
D(球状氧化物类）
带状组织按GB/T13299方法评定，Cr-Mo、Cr-Ni-Mo钢中的带状组织应小于或等于2.5级，4.1.2.6
leeiKAca
其他钢种应小于或等于2级，
重载内齿圈的毛坏推荐采用连铸钢坏4.1.2.7
4.1.3锻件质量
用钢锭锻造时，其锻造比不小于3。4.1.3.1
采用连铸坏锻造时，其锻造比大于5。4.1.3.2
4.1.3.3
齿轮锻件毛坏预先热处理采用正火或正火十高温回火，必要时采用调质处理、4.1.3.4
由钢锭直接锻成的大型重载齿轮锻坏，尤其是高Cr、Ni、Mo合金钢锻坏，应进行以消除白点和氢脆为目的的去氢退火。
齿轮锻件毛坏流线应尽量沿轮齿齿廓分布。4.1.3.5
4.1.3.6
齿轮锻件毛坏不应出现过热或过烧组织，其晶粒度应不低于原材料的晶粒度。7锻件质量应按JB/T5000.15或JB/T9218的规定进行探伤，其力学性能应符合GB/T171074.1.3.7
的要求。
渗碳淬火回火设备
4.2.1渗碳炉
4.2.1.1
基本要求
对重载齿轮进行渗碳时渗碳炉除满足GB/T34889的要求外还应满足以下要求：渗碳炉应具有良好的密封性能，保持炉压稳定。渗碳炉应配置超温连锁保护、安全温度与渗碳气氛供给的联锁控制装置、废气燃烧联锁控制与排放装置等，确保设备安全可靠运行。应配备循环风机及炉气循环装置以满足渗碳工艺中炉温和气氛均匀性的要求。
渗碳炉应配有定碳装置、试样取样装置和氧探头及供红外分析仪取气分析的接口。3
GB/T38805—2020
4.2.1.2温度控制
渗碳炉的仪表系统及温度均性应满足以下要求：渗碳炉的仪表类型及系统准确度要求和校验周期应符合GB/T32541中的有关规定。炉温均勾性按GB/T9452的方法进行测定，要求炉温均匀性不大于士8℃。4.2.1.3气氛控制
可控气氛渗碳时的气氛控制应满足以下要求：渗碳气氛推荐使用滴注式气氛、吸热式气氛或氮气十甲醇气氛。使用氮气十甲醇气氛时，应采取措施确保氮气和甲醇的流量比例稳定。气氛碳势控制应配备主控和监控系统。主控使用氧探头，监控使用氧探头或气体控制分析仪。碳势控制精度不大于士0.05%C。4.2.2缓冷装置
4.2.2.1缓冷设备必要时应配备可通入保护气氛或介质流量的控制装置，防止工件缓冷过程中发生氧化或脱碳。
必要时可配备能调节缓冷速度的降温装置4.2.2.2
4.2.3淬火装置
4.2.3.1率火装置应配有淬火介质的搅拌、导流、加热和冷却系统4.2.3.2
率火装置应配备温度调节和控制系统，并配有超温报警装置4.2.3.3淬火装置应配有防爆、灭火、排烟、液位监控、溢流口等安全设施和废烟排放装置。废烟的排放和处理应符合GB15735或GB/T32529的要求。4.2.4回火炉
4.2.4.1回火炉应配备炉气循环及净化装置，高温回火炉还应配备保护气氛装置。4.2.4.2
回火炉仪表系统类型及系统准确度要求和校验周期应符合GB/T32541中的有关规定。回火炉炉温均匀性应按GB/T9452的规定进行测定，要求炉温均勾性不大于士8℃。4.2.4.3
4.2.5清洗机及辅助设备
4.2.5.1清洗机及所有辅助设备应能满足工艺及安全使用的需要4.2.5.2清洗过程中产生的废气废液的排放和处理应符合GB15735或GB/T32529的要求。4.3试样
4.3.1试样材料
对于一般要求的齿轮，渗碳试样材料应符合以下要求：与齿轮是同一牌号的材料；
一与齿轮的透性相同；
热处理前具有与齿轮相同的预处理状态；加工试样时的表面粗糙度应与齿轮相同。对于要求严格的齿轮，试样材料除满足以上条件外还应与齿轮属于同一冶炼炉号。4
4.3.2随炉试样
GB/T38805—2020
随炉试样是作为检验热处理后质量的代表性试样，试样的形状和尺寸应能代表齿轮热处理后的实际情况。随炉试样可采用齿形试样或圆棒试样，推荐采用齿形试样，齿形试样应至少含有3个轮齿，齿根以下截面厚度大千或等于1/2齿根圆齿厚，或根据齿轮的模数选取，一般大于10mm，齿宽为齿根圆齿厚的2～3倍，如图1所示。煤械
图1齿形试样
圆棒试样推荐尺寸：最小直径为6m。，最小长度为12m.经用户同意，也可采用小型试棒：最小直径为3m，最小长度为6mm。注：m为齿轮的模数。
4.3.3过程试样
渗碳过程试样可采用圆棒试样，不同模数重载齿轮的过程圆棒试样尺寸可根据渗碳炉试样孔的大Kaeei
小进行选择。
4.4热处理工艺
4.4.1预备热处理
渗碳的齿轮齿坏应进行预备处理，如正火、正火十高温回火、调质等。对畸变控制要求较高的齿轮应首选调质。
4.4.2渗碳淬火
4.4.2.1重载齿轮渗碳率火操作应按GB/T34889的规定进行。4.4.2.2待处理工件的表面不应有氧化皮、锈斑、油垢、污渍、碰伤、裂纹。待处理工件应按GB/T15822.1的规定进行探伤。
4.4.2.3待处理工件的表面粗糙度应符合图样技术要求，渗碳面粗糙度Ra应不大于3.2μm；对待处理工件的尖角、棱边部位应进行倒角和倒棱处理。4.4.2.4需要防渗碳的部分要制定相应的防渗碳工艺。4.4.2.5
4.4.2.6
4.4.2.7
4.4.2.8
4.4.2.9
为了减小因加热时发生的畸变可在临界点Ac温度稍下进行1～2次等温。渗碳温度应根据工件材料和要求的硬化层深度确定，在890℃～950℃之间。应适当控制渗碳时的碳势，避免形成粗大、网状或块状碳化物。应适当控制渗碳后工件的缓冷速度，防止缓冷时形成网状碳化物工件应缓冷到不低于350℃，并及时进行加热率火或高温回火处理。高温回火温度为600℃～700℃，保温时间应根据工件的形状和大小进行合理选择。4.4.2.10
根据齿轮的材料和技术要求选择合适的渗碳后萍火工艺。4.4.2.11
以下渗碳齿轮要求进行重新加热淬火：5
GB/T38805—2020
渗碳后需进行机械加工或由于钢材特性渗碳后需缓冷，以及需经1～2次高温回火或球化退火的齿轮。
对于12CrNi3A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA和20Ni4MoA等高合金钢重载齿轮，为了减少渗碳层中残留奥氏体的含量，渗碳缓冷后应在650℃～680℃进行1～2次高温回火，然后重新加热淬火和低温回火。
4.4.3回火
4.4.3.1淬火后应及时进行低温回火，低温回火温度根据工件的最终硬度要求确定，在160℃～220℃。保温时间根据工件的形状和大小的不同进行合理选择。率火到回火的时间间隔应不超过4h。4.4.3.2对于高要求的重载齿轮，磨齿后（或粗精磨齿之间）需要进行一次低温去应力回火，回火温度应低于淬火后的回火温度。
4.4.4喷丸强化
4.4.4.1在淬火和低温回火后应对渗碳齿轮齿根部位进行喷丸强化。4.4.4.2
重载齿轮喷丸强化的质量按JB/T10174的方法进行检验。4.5
质量检验
4.5.1
检验项目及检验方法
重载齿轮渗碳热处理质量按表3规定的项目和方法进行检验。表3重载齿轮渗碳热处理质量检验项目及检验方法检验项目
表面含碳量
表面硬度
有效硬化层深度
金相组织
心部硬度
4.5.2技术要求
4.5.2.1外观
检验方法
目视，或根据需要按GB/T15822.1或按JB/T9218进行表面无损检测距表面0.15mm处取样，按GB/T20123或GB/T4336的方法进行检验按GB/T230.1、GB/T4340.1、GB/T4341.1.GB/T17394.1的方法进行检验按GB/T9450的方法进行检验
按GB/T25744的方法进行检验
按GB/T230.1的方法进行检验
专用量具
齿轮表面不应有裂纹、剥落、锈蚀等缺陷。表面含碳量
4.5.2.2
渗碳齿轮表面含碳量推荐0.70%~0.95%。4.5.2.3
表面硬度
渗碳齿轮的表面硬度为58HRC~64HRC(660HV~800HV或78HS~89HS，齿根处的表面硬度不低于56HRC。渗碳率火后齿轮的表面硬度不均勾性应符合表4的规定6
工件类别
重要件
一般件
硬化层深度
4.5.2.4
表4表面硬度不均匀性充许偏差
硬度不均勾性允许偏差
HRC
102
GB/T38805—2020
硬化层深度的测量推荐采用齿形试样，测量方法应符合GB/T9450的规定，硬化层深度偏差应不大于目标硬化层深度的10%。齿轮的硬化层深度测定部位在齿宽中部法向截面上，在分度圆处沿垂直齿面方向，或按具体工艺文件规定，渗碳淬火齿轮成品的硬化层深度应符合设计要求，硬化层深度的设计可参照附录A。齿根部位的硬化层深度应不小于节圆处的2/34.5.2.5
5金相组织
渗碳淬火齿轮的金相组织按GB/T25744方法进行检验并评级，检验项目及位置见表5和图2，其结果应符合表6和表7的要求。
表5金相组织检验项目及位置
检验项目
马氏体级别
残留奥氏体级别
碳化物级别
表层晶界内氧化深度
心部组织级别
检验位置
在距表面0.05mm~0.15mm处进行检验，齿形试样应在齿宽中部节圆部位的法向截面处进行检验
齿根表层
当采用圆棒试样时，在试样横截面中心处检验；当采用齿形试样时，检验位置同4.5.2.6检驳碟化榭部位
检验内氧化部位
检骏乃氏体、残留奥氏体部位
注：m为齿轮模数，单位为毫米。图2金相组织检验位置
GB/T38805—2020
工件类别
重要件
一般件
渗层深度
e0.75
0.751.502.253.05.00
e>5.00
马氏体级别
渗层深度为设计层深。
渗碳淬火齿轮金相组织的级别要求残留奥氏体级别
≤4级
碳化物级别
渗碳齿轮表层晶界内氧化允许深度晶界内氧化允许深度
一般件
若超差，可与用户协调采用控制喷丸或其他合适的措施进行补教，4.5.2.6心部硬度
心部组织级别
≤3级
重要件
心部硬度测量位置于齿宽中部处齿根30°切线的法向上，深度为5倍硬化层深，但不小于1倍模数，见图2b）。
渗碳齿轮的心部硬度应不低于30HRC,对于重要齿轮一般为35HRC～45HRC。渗碳齿轮心部硬度的检验一般在随炉试样上进行，有特殊要求时，可解剖工件进行检验。也可以按供需双方协商确定。
4.5.2.7
渗碳齿轮淬火回火后，可用专用量具和仪器测量工件畸变情况，测量内容可根据工件技术要求确定。畸变量(可为校正后畸变量)应控制在技术要求的范围内。5渗氮
材料及要求
5.1.1
常用材料及分类
渗氮主要用于模数12mm及以下重载齿轮。常用材料及分类如表8所示。用途分类
表8渗氮齿轮常用材料及分类
在冲击载荷下工作要求表面耐磨、心部韧性高的齿轮在重载下工作要求表面耐磨、心部强度高的齿轮重载及冲击下工作要求表面耐磨、心部强度高、韧性高的齿轮截面尺寸很大，承受载荷很大，并要求有足够韧性的重载齿轮5.1.2原材料质量和锻件质量
30CrNi3.35CrMo
GB/T38805—2020
常用钢材牌号
35CrMoV.40CrNiMo.42CrMo.25Cr2MoV、30Cr3NiVNbAl.20Cr2MoV.31CrMoVg30CrNiMo.40CrNiMo.34CrNi3Mo.40CrNi2Mo35CrNi2Mo.40CrNi2Mo.30CrNi3.34CrNi3Mo.37CrNi3A.37SiMn2MoV
原材料质量和锻件质量应符合4.1.2和4.1.3的要求。5.2渗氮设备
气体渗氮设备的温度测量和控制、气氛及氮势控制系统、设备维修及可靠性等应符合GB/T32540的规定。
离子渗氮设备的温度测量和控制、压力的测量和控制、流量的测量和控制、设备的保养应符合GB/T34883的有关规定。
5.3试样
渗氮试样应符合4.3的规定。
5.4热处理工艺
5.4.1预备热处理
5.4.1.1齿轮毛坏粗车后的预备热处理应采用调质处理，5.4.1.2渗氮重载齿轮调质的硬度应不低于32HRC。调质后的齿轮表面游离铁素体量应小于5%，渗氮前齿轮表面不应有氧化脱碳。调质时的回火温度应不低于480℃，并且比渗氮温度至少高30℃。5.4.1.3调质后，若齿轮的硬度或金相组织不合格，允许返工2次。5.4.1.4渗氮在磨齿后进行，对精度要求较高和容易发生畸变的齿轮，在粗加工和精加工之间应进行次或多次去应力退火，以彻底消除加工应力，稳定组织，保证渗氮时畸变量最小。其温度应低于调质时的回火温度
5.4.1.5齿轮的尖角棱边部位渗氮后会变脆，在使用中易发生崩缺损伤，因此渗氮前应按要求对尖角棱边进行倒角和齿廓倒棱
5.4.2渗氮工艺
气体渗氮工艺规范应符合GB/T32540的要求，离子渗氮工艺规范应符合GB/T34883的要求。工件表面要求不渗氮的部位，应采用涂料防渗或机械防渗的措施，5.5质量检验
5.5.1外观
渗氮后的齿轮表面应为银灰色或暗灰色，表面不应有裂纹、剥落和明显的电弧烧伤痕迹9
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