CN111581740B - 一种齿顶完全渗碳的判定方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种齿顶完全渗碳的判定方法，所述方法包括：截取齿轮齿形，根据所述齿形得到齿形面与齿顶；由所述齿形面与齿顶的交点A与B，根据所述交点A、B向齿形内部分别做交点A的法线和交点B的法线，交点A的法线和交点B的法线在齿内获得交点O；测量交点A与交点O之间的距离n；计算因渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的渗层深度范围L、Lmax和Lmin；根据所述n、Lmax和Lmin，判断齿顶是否完全渗碳，所述Lmax为渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的最大渗层深度，Lmin为渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的最小渗层深度。

Description

一种齿顶完全渗碳的判定方法
技术领域
本发明属于渗碳热处理表面技术领域，涉及一种齿顶完全渗碳的判定方法。
背景技术
传统观点认为，只有小模数齿轮存在齿顶完全渗碳的风险，事实上，有效模数相对较高的齿轮，当齿数较多时，会导致齿顶宽度变小，如果设计给定的渗碳层深度不合理，即便齿顶采取镀铜防护，渗碳工艺过程中，活性碳原子通过齿面向齿的心部组织持续扩散，也能够使某些模数相对较大的齿轮齿顶出现完全渗碳的现象。
航空、汽车等中小齿轮，渗碳层深度多数集中在(0.8～1.3)mm范围内，齿顶完全渗碳、淬火后，齿顶完全渗碳区域的硬度大于HRC55，与齿面渗碳区域淬火后的硬度相近，齿顶脆性大幅增加，在受到冲击载荷作用下，齿顶容易断裂，并会产生严重后果。目前，尚无相关文献报道通过相关齿轮的齿形参数、提前判定设计给定的齿面渗碳层深度能否产生齿顶完全渗碳的方法。
发明内容
本发明的目的是：一种渗碳层深度(0.8～1.3)mm时齿顶是否完全渗碳的简化判定方法，通过相关齿轮的齿形参数，判定设计给定的齿面渗碳层深度能否造成齿顶完全渗碳。
本申请提供一种齿顶完全渗碳的判定方法，所述方法包括：
截取齿轮齿形，根据所述齿形得到齿形面与齿顶；
由所述齿形面与齿顶的交点A与B，根据所述交点A、B向齿形内部分别做交点A的法线和交点B的法线，交点A的法线和交点B的法线在齿内获得交点O；
测量交点A与交点O之间的距离n；
计算因渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的渗层深度范围L、Lmax和Lmin；
根据所述n、Lmax和Lmin，判断齿顶是否完全渗碳，所述Lmax为渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的最大渗层深度，Lmin为渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的最小渗层深度。
优选的，在计算L之前，还包括：
当渗碳层深度为(0.8～1.3)mm时，计算L。
优选的，在计算L之前，还包括：
设计给定的齿高中部有效渗碳层深度范围δ；
根据δ，获得齿高中部有效渗碳层深度上限δmax和齿高中部有效渗碳层深度下限δmin。
优选的，所述计算L，具体包括：
L＝(δ+0.40)mm，其中：。
优选的，计算Lmax和Lmin，具体包括：
Lmax＝(δmax+0.40)；
Lmin＝(δmin+0.40)。
优选的，所述根据n、Lmax和Lmin，判断齿顶是否完全渗碳，具体包括：
若n≥Lmax，则齿顶不会完全渗碳。
优选的，所述根据n、Lmax和Lmin，判断齿顶是否完全渗碳，具体包括：
若Lmin＜n＜Lmax，则根据齿顶渗层深度解剖判断齿顶是否完全渗碳。
优选的，所述根据n、Lmax和Lmin，判断齿顶是否完全渗碳，具体包括：
若n≤Lmin＝(δmin+0.40)，则齿顶完全渗碳。
本发明的技术效果是：本发明一种渗碳层深度(0.8～1.3)mm时齿顶是否完全渗碳的简化判定方法，通过上述方法，可以提前判定设计部门给定的齿高中部渗碳层深度是否合理、能否产生齿顶完全渗碳的现象。
附图说明
图1为本申请提供的一种齿顶是否完全渗碳的判定示意图；
图2为本申请提供的另一种齿顶是否完全渗碳的判定示意图。
具体实施方式
本发明的技术解决方案为：一种渗碳层深度(0.8～1.3)mm时齿顶是否完全渗碳的简化判定方法，首先截取齿轮单个齿形，进行局部放大。
如图1所示，由齿形面与齿顶的交点A向齿形内部做交点的法线，测量交点A处法线与齿顶的中心线交点O之间的距离n。
考虑到齿面两侧的渗碳层前沿齿形相对较薄，齿面两侧渗碳层前沿可能存在重合并导致低碳浓度区域重叠后，重叠区内的碳浓度达到共析成分，从而可能导致有效渗碳层深度增加。当渗碳层深度为(0.8～1.3)mm时，两侧同时相向渗碳，这个低浓度附加层的厚度通常在(0.40±0.10)mm。L为因渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的渗层深度，这里L＝(δ+0.40)mm，δ为设计给定的渗碳层深度。
将得到的数值L与OA间的距离n进行比较，得到如下判据：
(1)n≥Lmax＝(δmax+0.40)时，设计给定的齿高中部有效渗碳层深度较为合理，齿顶不会出现完全渗碳的情况；
(2)Lmin＝(δmin+0.40)＜n＜Lmax＝(δmax+0.40)时，极少数齿轮因齿面靠近齿顶位置区域曲率过大，有可能会出现完全渗碳，需要对零件进行工艺验证，对齿顶完全渗碳的程度进行评估，δmin为设计给定的有效渗碳层最小值。
(3)n≤Lmin＝(δmin+0.40)时，齿顶出现完全渗碳，通过热处理工艺参数调整，无法有效解决齿顶完全渗碳的现象。
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
某太阳行星齿轮，模数2.822mm，齿数47、压力角20o，齿轮材质为18CrNi4A，设计要求齿面渗层深度为(0.90～1.10)mm，根据传统经验，模数较大时，应该不出现小模数齿轮通常存在的齿顶完全渗碳问题。
判断该太阳行星齿轮齿顶是否完全渗碳的过程为：
1、按比例放大、画出该太阳行星齿轮的一个齿形；
2、向齿形内部做齿形面与齿顶相交的交点A的法线；
3、测量交点A处法线与齿顶的中心线交点O之间的距离n，数值1.20mm；
4、测量出因渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的渗层深度，L＝(δ+0.40)mm，Lmax＝(δmax+0.40)＝1.50mm，Lmin＝(δmin+0.40)＝1.30mm。
因n数值比Lmin小，所以齿顶出现完全渗碳，仅仅通过热处理工艺参数的调整，无法有效解决齿顶完全渗碳的现象。

Claims (3)

1.一种齿顶完全渗碳的判定方法，其特征在于，所述方法包括：
截取齿轮齿形，根据所述齿形得到齿形面与齿顶；
由所述齿形面与齿顶的交点A与B，根据所述交点A、B向齿形内部分别做交点A的法线和交点B的法线，交点A的法线和交点B的法线在齿内获得交点O；
测量交点A与交点O之间的距离n；
计算因渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的渗层深度范围L、Lmax和Lmin；
根据所述n、Lmax和Lmin，判断齿顶是否完全渗碳，所述Lmax为渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的最大渗层深度，Lmin为渗碳层前沿低碳浓度区重叠后导致有效渗碳层增加的最小渗层深度；
在计算L之前，还包括：
设计给定的齿高中部有效渗碳层深度范围δ；
根据δ，获得齿高中部有效渗碳层深度上限δmax和齿高中部有效渗碳层深度下限δmin；
计算Lmax和Lmin，具体包括：
Lmax＝(δmax+0.40)；
Lmin＝(δmin+0.40)；
所述根据n、Lmax和Lmin，判断齿顶是否完全渗碳，具体包括：
若n≥Lmax，则齿顶不会完全渗碳；
若Lmin＜n＜Lmax，则根据齿顶渗层深度解剖判断齿顶是否完全渗碳；
若n≤Lmin＝(δmin+0.40)，则齿顶完全渗碳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算L之前，还包括：
当渗碳层深度为0.8～1.3mm时，计算L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算L，具体包括：
L＝(δ+0.40)。
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