CN116202897A - 一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法，包括以下步骤：沿待检测渗碳齿轮的截面切割制作齿部的金相试样；以齿轮轮廓线中点为原点O，以齿面轮廓线在原点O切线为X轴建立坐标系并确定基准线，在基准线上选取多个测试点，测试并记录各测试点的显微硬度值；计算平均值、标准偏差、数据重复性；判断数据重复性是否大于等于5％，当数据重复性≥5％时，在基准线上选取新的测试点，并记录该测试点的显微硬度值并计算数据重复性R，直至数据重复性R≥5％，否则，以平均值作为最终显微硬度值。本发明具有数据检测准确，效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及硬度测试方法领域，尤其涉及一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法及系统。
背景技术
齿轮传动具有传动比准确，传动平稳可靠，传动效率高，使用寿命长等优点，在航空航天领域得到广泛应用，齿轮在工作过程中齿面承受接触应力及摩擦力，而齿根承受弯曲应力及冲击应力，因此齿轮需要表面硬度高耐摩擦，而心部韧性高抗冲击，因此航空齿轮在设计选料时通常采用低碳合金钢，加工成型后对齿表面进行渗碳淬火处理，获得表面为耐磨的高碳马氏体，心部为韧性高的低碳马氏体。航空航天用的齿轮表面硬度是其最重要的质量指标之一，也是热处理的根本意义所在，因此准确的测试齿轮的表面硬度，是保证齿轮产品质量的关键。
目前国内并无齿轮专用的硬度测试标准或者方法，渗碳淬火齿轮硬度检测时参考GB/T 230《金属洛氏硬度试验方法》，该标准为洛氏硬度通用测试方法，标准内7.5条规定：试验时，必须保试验力方向与试样的试验面垂直。但对于齿面呈弧形的螺旋锥齿轮而言，很难找到齿面的最高点进行测试，导致测试数据精确度不高，数据波动大，每一个图号不同的齿轮需设计专用的工装夹具并反复调整，才能准确测试齿轮表面的硬度值，测试效率低，成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种数据检测准确，效率高的渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法，包括以下步骤：
S1、沿待检测渗碳齿轮的截面切割，制作待检测渗碳齿轮齿部的金相试样并抛光至金相试样达到镜面标准；
S2、以齿轮齿面轮廓线中点为原点O，以齿轮齿面轮廓线在原点O处的切线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，以距离原点O为200μm且平行于X轴的直线为基准线，在基准线上选取n个点作为显微硬度测试点，测试并记录各测试点的显微硬度值x1、x2……xn，n≥3；
S3、根据记录得到各测试点的显微硬度值计算显微硬度值的平均值
标准偏差S、数据重复性R；
S4、判断数据重复性R是否大于等于5％，当数据重复性R≥5％时，继续在基准线上选取新的显微硬度测试点，并记录该测试点的显微硬度值，重复步骤S3，否则，以测试点的平均值
作为待检测渗碳齿轮表面的显微硬度值。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述步骤S3中，平均值
标准偏差
数据重复性
所述步骤S1中，抛光后的所述金相试样表面达到镜面标准，表面粗糙度Ra≤0.02。
所述步骤S1中，抛光后的所述金相试样表面无磨削烧伤层。
所述步骤S2中，使用显微硬度计测试各测试点的显微硬度值。
所述步骤S2中，各测试点的测试压力为500g。
所述步骤S2中，各测试点之间间距至少间隔200μm。
所述步骤S4中，还包括将测试点的平均值
换算成HRC、HRA、HR15N、HB中任一项硬度数据值。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试系统，包括：
第一处理模块，用于沿待检测渗碳齿轮的截面切割，制作待检测渗碳齿轮齿部的金相检测试样并抛光；
第二采集模块，用于以齿轮齿面轮廓线中点为原点O，以齿轮齿面轮廓线在原点O处的切线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，以距离原点O为200μm且平行于X轴的直线为基准线，在基准线上选取n个点作为显微硬度测试点，测试并记录各测试点的显微硬度值x1、x2……xn，n≥3；
第三计算模块，根据记录得到各测试点的显微硬度值计算显微硬度值的平均值
标准偏差S、数据重复性R；
第四判断模块，判断数据重复性R是否大于等于5％，当数据重复性R≥5％时，继续在基准线上选取新的显微硬度测试点，并记录该测试点的显微硬度值，数据返回给第三计算模块处理，否则，以测试点的平均值
作为待检测渗碳齿轮表面硬度值。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法的计算机程序。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
测试准确性高：金相试样经磨床两面磨削加工，平面度高，减少试样倾斜带来的影响，经抛光处理后试样表面为镜面标准，压痕边角清晰准确，数据重复性高。
测试效率高：表面硬度测试可以和有效硬化层深度测试同时进行，减少试样的装夹时间，同时压痕边角清晰准确可以采用设备自动计算读数并根据GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》标准换算硬度，极大了提高了测试效率。
本发明工艺技术合理，解决航空用渗碳锥齿轮常规硬度检测数据波动大，效率低，成本高的问题，为渗氮、氰化的零件表面硬度测试提供可参考。
附图说明
图1是本发明正交实验方案测试点示意图。
图2是本发明测试点坐标轴的示意图。
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
本发明的技术构思路线为：
(1)根据齿轮材料及渗碳层深度的不同，制定渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试正交对比方案，根据GB/T4342-91《金属显微维氏硬度测试方法》确定显微硬度测试使用的试样、载荷、测试坐标；
表1渗碳齿轮试样正交试验方案
根据HB5493-1991《航空钢制件渗碳、碳氮共渗渗层深度测定方法》使用显微维氏硬度计(型号FM-910)在金相试样上测试显微硬度梯度，金相试样经磨削抛光后表面达到镜面级别，表面粗糙度Ra≤0.02。显微测试时测试压力选择500g，以齿轮齿面轮廓线中点为原点O，以齿轮齿面轮廓线在原点O处的切线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，测试坐标点如下表(如图1和2所示)，每个试样测试三排硬度梯度。
表2测试坐标点表
(2)根据正交试验方案，对试样进行显微硬度测试和常规的切割试样洛氏硬度测试，收集数据，分别计算数据的平均值
标准偏差S和数据重复性R；
算数平均值
标准偏差
数据重复性
(3)使用GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》对常规的切割试样洛氏硬度测试法数据进行换算成维氏硬度，并与显微硬度测试法数据进行对比分析，结果显示：
渗层深度为0.5～0.9mm的渗碳齿轮零件，显微硬度法测试0.2mm处硬度数据与常规的切割试样洛氏硬度测试法数据最为接近，其测试数据的标准偏差值，数据重复性均优于传统切割试样硬度测试法。
渗层深度为0.9～1.3mm的渗碳齿轮零件，显微硬度法测试0.2mm处硬度数据与常规的切割试样洛氏硬度测试法数据最为接近，其测试数据的标准偏差值，数据重复性均优于传统切割试样硬度测试法。
渗层深度≥1.3mm的渗碳齿轮零件，显微硬度法测试0.2mm、0.3mm处硬度数据与常规的切割试样洛氏硬度测试法数据最为接近，由于渗层深度大，零件的硬度梯度下降趋势不明显，在近表面各深度处硬度相差不大，出于简化测试方法的目的，选择0.2mm处显微硬度作为零件表面硬度使用。其测试数据的标准偏差值，数据重复性均优于传统切割试样硬度测试法。
(4)根据上述测试数据的结果，确定了使用500g载荷测试齿高中部表面垂直往下0.2mm处的显微硬度值可以作为渗碳齿轮的表面硬度数据使用。该方法测试数据的标准偏差值，数据重复性均优于传统切割试样硬度测试法。
实施例1：
某航空发动机齿轮要求对齿部及内孔进行渗碳处理，要求渗碳后按《IGC.04.63.120B》标准检测零件的渗碳层深度、金相组织、表面硬度、心部硬度、力学性能等项目，其中齿部表面硬度≥58HRC。齿轮零件为螺旋锥齿轮。
如图3所示，一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法，包括以下步骤：
(1)选取该批次在前面因机械加工尺寸出差报废的零件作为试料，与其余零件一起进行渗碳淬火热处理。
(2)使用切割机沿试样截面分别切取齿部及内孔处的金相检测试样，切割过程中采取措施保证试样表面状态不受高温影响导致变化。
(3)使用金相砂纸磨制试样，并使用金刚石抛光液对试样进行抛光，试样表面达到镜面标准，表面粗糙度Ra≤0.02，试样边缘不得出现倒圆情况。
(4)使用金相腐蚀剂(4％硝酸酒精溶液)腐蚀试样，对试样进行金相检测，观察渗碳层金相组织情况，确保试样截面上无磨削烧伤层，金相检测完毕后重新抛光试样截面。
(5)使用显微硬度计测试试样显微硬度，测试前使用标准硬度块对硬度计进行校准。
(6)测试压力选用500g，齿部试样测试位置选择齿高中部，以齿轮齿面轮廓线中点为原点O，以齿轮齿面轮廓线在原点O处的切线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，以距离原点O为200μm且平行于X轴的直线为基准线，在基准线上选取n个点作为显微硬度测试点，测试并记录各测试点的显微硬度值x1、x2……xn，n≥3；
本实施例，测试深度200μm，共测试3个点的维氏硬度值，三个点横向间隔选择200μm，测试坐标如下表所示：
(7)测试数据如下表所示。
测试数据的重复性R均小于1％，表面该测试方法测试数据稳定，波动性小，满足GB/T4342-91《金属显微维氏硬度测试方法》标准要求。
(8)使用GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》标准对显微硬度测试数据平均值A进行换算，换算数据值如下表所示：
| 测试部位 | 维氏硬度平均值(HV) | 洛氏硬度换算值(HRC) |
| 齿部试样 | 726 | 61 |
(9)测试结果显示满足齿部表面硬度≥58HRC的要求。
本发明还提供一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试系统，包括：
第一处理模块，用于沿待检测渗碳齿轮的截面切割，制作待检测渗碳齿轮齿部的金相检测试样并抛光；
第二采集模块，用于以齿轮齿面轮廓线中点为原点O，以齿面齿轮轮廓线在原点O处的切线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，以距离原点O为200μm且平行于X轴的直线为基准线，在基准线上选取n个点作为显微硬度测试点，测试并记录各测试点的显微硬度值x1、x2……xn，n≥3；
第三计算模块，根据记录得到各测试点的显微硬度值计算显微硬度值的平均值
标准偏差S、数据重复性R；
第四判断模块，判断数据重复性R是否大于等于5％，当数据重复性R≥5％时，继续在基准线上选取新的显微硬度测试点，并记录该测试点的显微硬度值，数据返回给第三计算模块处理，否则，以测试点的平均值
作为待检测渗碳齿轮表面硬度值。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、沿待检测渗碳齿轮的截面切割，制作待检测渗碳齿轮齿部的金相试样并抛光至金相试样达到镜面标准；
S2、以齿轮齿面轮廓线中点为原点O，以齿轮齿面轮廓线在原点O处的切线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，以距离原点O为200μm且平行于X轴的直线为基准线，在基准线上选取n个点作为显微硬度测试点，测试并记录各测试点的显微硬度值x1、x2……xn，n≥3；
S3、根据记录得到各测试点的显微硬度值计算显微硬度值的平均值
标准偏差S、数据重复性R；
S4、判断数据重复性R是否大于等于5％，当数据重复性R≥5％时，继续在基准线上选取新的显微硬度测试点，并记录该测试点的显微硬度值，重复步骤S3，否则，以测试点的平均值
作为待检测渗碳齿轮表面的显微硬度值。
2.根据权利要求1所述的显微硬度测试方法，其特征在于：所述步骤S3中，平均值
标准偏差
数据重复性
3.根据权利要求2所述的显微硬度测试方法，其特征在于：所述步骤S1中，抛光后的所述金相试样表面达到镜面标准，表面粗糙度Ra≤0.02。
4.根据权利要求3所述的显微硬度测试方法，其特征在于：所述步骤S1中，抛光后的所述金相试样表面无磨削烧伤层。
5.根据权利要求3所述的显微硬度测试方法，其特征在于：所述步骤S2中，使用显微硬度计测试各测试点的显微硬度值。
6.根据权利要求5所述的显微硬度测试方法，其特征在于：所述步骤S2中，各测试点的测试压力为500g。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的显微硬度测试方法，其特征在于：所述步骤S2中，各测试点之间间距至少间隔200μm。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的显微硬度测试方法，其特征在于：所述步骤S4中，还包括将测试点的平均值
换算成HRC、HRA、HR15N、HB中任一项硬度数据值。
9.一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试系统，其特征在于：包括：
第一处理模块，用于沿待检测渗碳齿轮的截面切割，制作待检测渗碳齿轮齿部的金相检测试样并抛光；
第二采集模块，用于以齿轮齿面轮廓线中点为原点O，以齿轮齿面轮廓线在原点O处的切线为X轴，以垂直于X轴的直线为Y轴，以距离原点O为200μm且平行于X轴的直线为基准线，在基准线上选取n个点作为显微硬度测试点，测试并记录各测试点的显微硬度值x1、x2……xn，n≥3；
第三计算模块，根据记录得到各测试点的显微硬度值计算显微硬度值的平均值
标准偏差S、数据重复性R；
第四判断模块，判断数据重复性R是否大于等于5％，当数据重复性R≥5％时，继续在基准线上选取新的显微硬度测试点，并记录该测试点的显微硬度值，数据返回给第三计算模块处理，否则，以测试点的平均值
作为待检测渗碳齿轮表面硬度值。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试的计算机程序。
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| CN202111454312.6A Pending CN116202897A (zh) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 一种渗碳齿轮表面硬度的显微硬度测试方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116202897A (zh) |
-
2021
- 2021-11-30 CN CN202111454312.6A patent/CN116202897A/zh active Pending
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