关于渗氮齿轮硬化层深度的检测问题

牛万斌，卢金生

1.浙江双环传动机械股份有限公司 浙江玉环 317600

2.郑州机械研究所有限公司 河南郑州 450052

1 标准中的硬化层深度检测问题

多年以来，齿轮行业对于渗氮齿轮的硬化层深度检测，一直依据GB/T 11354—2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》[1]规定来执行。其中在渗氮层有效硬化层深度测定方法中，规定了以“基体硬度+50HV”作为渗氮层深度的界限硬度值，而基体硬度是指距离表面约3倍于渗氮层深度位置所测3点硬度的平均值。

而在ISO 6336—2016《Calculation of load capacity of spur and helical gears-Part 5：Strength and quality of materials》[2]以及对应的GB/T 3480—2008《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》[3]中的规定是：有效渗氮层深度是指从表面到400HV（或40.8HRC）硬度处的垂直距离，如果心部硬度超过了380HV，则以“基体硬度+50HV”作为界限硬度值。

2 差别验证

从目前齿轮加工水平（包括刀具）来看，基体硬度一般不会超过380HV，因此按照这两项标准，则应以400HV为渗氮层的界限硬度值。

那么，分别以400HV和“基体硬度+50HV”为界限硬度值，所测得的渗氮层深度结果会有多大差别呢？图1是随机抽检的渗氮齿轮的检测结果，统计数据见表1。该齿轮热处理技术要求为：调质处理，心部硬度23～29HRC（241～277HBW）；有效渗氮层深度：0.32～0.54mm。

由图1可见，同一件齿轮，分别以“基体硬度+50HV”（324HV）和400HV为界限硬度值时，渗氮层深度分别为205.28μm（圆整为0.21mm）和445.13μm（圆整为0.45mm），两者相差一倍以上。

表1 渗氮层深度检测统计数据

图1 某齿轮在两种界限硬度值下的渗氮层深度

再设定一种情况，就是当心部硬度分别为379HV和381HV时，按照ISO 6336—2016（GB/T 3480—2008）标准，则界限硬度分别为429HV和400HV，由此得到的渗氮层深度差异也很可观。只不过呈现出与图1相反的走势，即以“基体硬度+50HV”为界限硬度值所测得的渗氮层较深，以400HV为界限硬度值的渗氮层较浅。

如果把这种差异以图线表示出来，则为图2中的剪刀差形式。当基体硬度超过380HV时，两条线相重合。

图2 不同界限硬度值对渗氮层深度检测结果的影响

由此可以看出，只有当基体硬度为350HV时，两种评判方法才能达到一致的结果；而偏离350HV越远，两种结果的偏差就会越大。

3 结论和建议

1）分别以“基体硬度+50HV”和400HV为界限硬度值，所测得的渗氮层深度会有较大差异。

2）一般情况下，以400HV为界限硬度值所测得的渗氮层深度会小于以“基体硬度+50HV”为界限硬度值的结果。

3）建议GB/T 11354—2005和GB/T 18177—2008等标准再次修订时，也采纳ISO 6336—2016（或GB/T 3480—2008）的规定，对于渗氮齿轮产品，当心部硬度低于380HV时，均以400HV为界限硬度值，避免出现标准之间互相冲突、检测人员无所适从的情况。对于其他类型产品，仍然可以沿用“基体硬度+50HV”的界限硬度值规定。

4）对于心部（基体）硬度的检测位置，也应做出更为明确的规定，即以渗氮层深度要求范围的上限值的3倍深度，作为其检测位置，这也是渗氮层深度检测的最前提条件。

5）齿轮设计人员应该注意并适应这种新规定，在过渡时期的产品图样等技术文件中，至少应注明渗氮层深度检测的参照标准或界限硬度值。另外，在齿轮强度和承载能力计算、校核时，也应注意这个问题。