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ZF 集團標準

熱處理零件；服務壽命延長；強化噴丸；CBN磨齒；工藝和檢驗指南

注：標準號從ZFN 161 -2 ( 1994-07 發布）更改為 ZFN161 ( 2002 —12 發布）

目錄

l 應用范圍

2 目的

3 引用標準

4 處理條件，允許制造過程和工序

5 CBN 磨齒

6 強力噴丸

7 噴丸步驟

8 研磨劑

9 噴丸條件檢驗

10 噴丸零件表面或 CBN磨齒零件的殘余應力狀態

修訂

—標準完全修訂

—標準號被更改

—概要      拋丸用噴丸（表面強化）代替

第1節：試驗指南 0000702 050 和 1Q22 150 893 ，它利用一些添加物檢查嚙合齒輪新的船舶零件標準的應用

第4節：增加處理條件 Y 十 Z

定義并增加生產工序

增加 CBN 磨齒

第5節：CBN 磨齒

第7節：強力噴丸流程表修訂

名稱“過程A”和“過程 B " ，應用范圍刪除；

不許再用鑄鋼S330 和S230 噴丸材料

第8節：適用于當前標準的強力噴丸材料的名稱：

改進后用于顆粒大小分析的圓形鋼絲丸的名義值

第9節：修訂

第10節：檢驗單 A —顆粒大小分析和檢驗單 B —強度測量 —確定“加熱范圍”被修正

第11節：新的

—以前的圖紙輸入刪除

—酸蝕和裂紋試驗不再使用

-雙語

以前版本

ZFN 161 ：1963-10，1968 -02 ，1968 -09 ，1972-07 , 1972 -10 , 1984-12

ZFN161- 2 ：1992 - 09 , 1994-07

1 應用范圍

只要在圖紙或其它生產文件中需要思考，本標準都適用于指導生產和質量保證。

本標準用于船舶齒輪滲碳零件的新的設計和圖紙改進。

它代替到現在還使用的 ZFN L 2406 。

在生產過程中，噴丸必須在如下條件下完成（在圖紙中沒有特別說明，如“處理狀態 … 根據ZFN 161”：

—對于與剃齒齒輪相嚙合的滲碳齒輪和軸，如果要求修形（修磨）．必須由質量檢查部發動。

—當“ ZFN414 —X ”， “ Z FN4 15 — X ”或“ZFN4 16 —X ” ( X = A ，B ， C ， D 或 E )出現在圖紙上時（按這些標準中的指南）。以前的輸入是：“材料類別X ZFN414 ”（同樣應用到ZFN415 和 ZFN416 ）。

—嚙合齒輪帶有凹陷（磨削或剃削槽）。

由磨、剃或其它硬面加工過程生產的凹陷許可量和它們的檢驗在試驗指南0000 702 050 （正齒輪和帶有齒頂變位的直錐齒輪（斜面體齒輪））和 1 Q22 1 50 893 （用于船舶齒輪零件）中進行了規定，并且應用到其它要求的區域。

噴丸不許用于開發和系列的樣品零件（除作圖紙有特別的規定）。

2 目的

本標準規定了達到規定處理條件的應用生產過程和配套的生產工序。

確定了噴丸的操作步驟，噴丸條件和試驗過程。

3 引用標準

ASTM E 11-01  篩布和用于試驗的篩分的標準規范

DIN8201       研磨劑：鋼絲丸

DIN EN 10204  EN10204  金屬產品：檢驗文件的類型

DIN EN  ISO 11124- 3   ISO  11124-3 金屬噴丸清理研磨劑規范；高碳鑄鋼丸和砂

SAE J 441      切絲丸

SAE J 442      試驗帶．噴丸夾具和量具

SAE J 443      使用標準噴丸試驗帶的步驟

SAE J 444      用于噴丸和清理的鑄丸和砂粒尺寸規范

SAE J 827      鑄鋼丸

VDFI 8001     金屬研磨劑（VDF ) ＝德國彈簧工業協會

ZFN 414       滲碳齒輪、軸等的材料強度類別 A —D （標準質量）

ZEN 415       要求單純淬硬的滲碳齒輪、軸等的材料強度類別 A —E

ZFN 416       高強度的滲碳齒輪、軸等的材料強度類別A— B

ZFN 5013      滲碳零件的磨削燒傷試驗（酸腐蝕）

ZFN L 2406    鋼零件的噴丸，工藝和檢驗規范

強化噴丸指南 DGM   尋找公司材料技術（ TW 〕

下列文件在公司的文件，管理和數據轉換中要求。

0000 700 650    熱配合工藝規范

0000 702 050    在磨削和剃齒情況下的試驗規范

下列文件在公司的質量保證中要求

IQ22150 893    船舶齒輪嚙合齒輪的試驗指南

4 允許加工過程和工藝的處理條件

下表包含了批準的加工過程以獲得規定的處理程序。

生產準備部選擇的流程應在工藝卡上編入并按其實施。

對于所有與工藝卡上不一致的偏差要求得到批準并形成糾正措施文件。

表1：允許的生產過程和工序

①                   如果外部噴丸處理計劃用于增加零件或零件區域上的強度。通常使用本標準中的強力噴丸。

②                   允許的生產過程在表中用紅色字體表示。

③                   CBN=立方氮化硼（Cubic Boron Nitride )

5  CBN 磨齒

在機械加工過程中，工件表面不僅因為機械加工應變硬化而變硬，而且在工件表面產生高的壓應力。當用 CBN磨削材料磨鋼件時，由于恒定的切削力作用于工件上而產生極大的壓應力，這些在防振方面產生相當可觀的改進，從而增加了服務壽命，相比較而言．這個過程同樣可獲得強力噴丸的效果。使用CBN砂輪可在有效控制的表面區域產生壓應力條件。允許使用這種砂輪。只有在表面無磨削燒傷時，才能達到防振的改進。這個注解與磨削燒傷試驗按ZFN5013控制，這個過程是可重復進行的。強化的效果和觀測參數必須用過程規范明確．

6  強力噴丸

6.1 效果

邊緣層的應變硬化、在表面層的壓應力的發展以及顯微裂紋的復原效果將實現傳動能力的增加，特別是在彎曲應力和扭轉應力下，零件裂紋附近的疲勞強度增加．

注：因為熱處理或磨削在表面層可能產生輕微的損壞，在很大程度上，它能通過強力噴丸得到糾正。但是，它是不可能達到表面沒有損壞的零件經過強力噴丸后的效果。

在表面層受到極大的損壞的情況下，（如：磨削產生的重新淬硬區域）強力噴丸不再會產生根本的改進。

6.2  操作過程

6．2 .1 噴丸零件的預處理．

在強力噴丸之前，以下所有的工序必須完成。

·熱處理過程④

．機械加工和在強力噴丸（強化）區域的修形

．化學處理（如：化學防銹）或電鍍處理 ⑤

—強化表面必須無脂、油、防護劑、銹蝕和其它粗糙的雜質，所以零件通常在噴九之前必須進行清洗。

—熱處理產生的粗糙的毛刺和殘余物會污染噴丸介質。為了保證清潔和去掉毛刺，這樣的零件在強力噴丸之前應在一個獨立的系統進行一次噴丸。

—預定的染料滲透試驗（磨削燒傷和裂紋檢驗）應在噴丸之前進行，因為否則會存在一個因噴丸而緩和甚至完全抑制這些污染物顯示的風險。

—所有沒有包含在噴丸過程的區域應該小心地保護（履蓋）（參考 6  .2.4 節） 。

6.2..2 工件裝夾

應使用適當的設備和夾具來確保在圖紙上標明的區域（有配對齒輪的零件和沒有圖紙輸入的通常為配對齒輪）在整個區域和寬度都受到強力噴丸，并達到表 2 中的強度。（也可參照 9 . 2 節中的“熱區”。

6. 2 . 3 強力噴丸工藝

·噴丸處理根據表2 提供的規定完成。

根據第 7 節表2 或特殊情況下按相關的圖紙規范確定參數：

．噴丸材料和

．噴丸強度

④   在熱配合條件下，表面硬化零件可以在爐子中最大加熱到 170 ℃ ，大約 2 小時（也可參考 0000 700 650 指南）。

⑤   除了磷化，拋光，超精加工，精衍之外。

化學鍍工藝必須包括一個脫氣的過程（溫度／時間 〕

6.2.4 局部噴丸

如果對表面完工結果沒有可接受的變化時，在 6  .2 .2 詳細介紹以外的區域同時可接受強力噴丸。

注：因表面硬度和起始粗糙度的不同，噴丸可能引起表面粗糙度的改變。在表面硬度>67OHV， 平均表面粗糙度Rz≤4µm的情況下，表面粗糙度可能有增加（大約是原始 Rz的 1 . 5 倍）。

下列已加工的區域在噴丸時必須覆蓋：

—密封圈接觸面

—滾動軸承座圈

—粗糙度要求 Rz≤4µm的其它位置（但是，對于壓配的齒輪和固定齒，Rz≤6µm的噴丸粗糙度是可以接受的。

下列情祝在噴丸時也應該局部覆蓋：

-螺紋（經過表面硬化的螺紋沒有必要覆蓋）

-研磨劑會阻塞的工件上的縫隙處

-可能很難去除研磨劑的狹窄的孔

-表面硬度低的區域（例：沒有經過表面硬化的區域，如果表面粗糙度過高不能接受的話）

在所有這些情況下，寫入圖中是沒有必要的。

6. 3 機器設備

能夠提供重復進行第 9 節中所列的檢測條件的所有的噴丸技術是可接受的。這就要求在噴丸處理過程中機器設備能夠保證機械地監控運轉周期。

當與船用變速箱一起運轉和在特制葉輪系統中時，必須要檢查葉輪的狀況。

形成文件，所列表中應該包括狀況，日期和簽名。

檢驗頻率：每14個工作日

7 噴丸程序

表2 包含了在各種應用情況下，相關允許的噴丸材料和規定的噴丸強度等級的信息。

如表2

⑥如果高精度的表面要同時和其它區域一起噴丸時，在噴丸結束后，需檢查以確保要求的表面的外觀，如果必要的話，終止下步操作。

8  研磨劑

8.1 有關研磨劑的信息（可接受的規范）

a)       標準研磨劑

表3包含了有關使用的標準噴丸材料的信息。新的和備用的噴丸材料必須滿足相關的標準和規范。

表3

⑦ 請看 8.1 節

   ⑧  此篩孔標準按鑄鋼丸規定

b）其他的研磨劑

如果經過試驗并發現合適，則能夠使用（由負責生產的工程師與完成這項工作和進度的部門，質量保證部和材料試驗部門一起確定）。

這些研磨劑的使用應限定在特殊的應用中，特別是用于外部拋丸處理。

8. 2 制造商

研磨劑可以從任何可以滿足第 8.1 節要求的制造商獲得，每批交貨的研磨劑都必須有符合EN 10204 ，2.2 的檢驗報告，提供粒度分析，材料分析及硬度。

8.3 彈丸尺寸分析（粒度分析）

8.3.1 試驗頻率

彈丸尺寸應由負責熱處理工序的監督員工在如下情況下分析：

a）  拋丸系統連續隔離

—確定“熱區”時（按第 9 .2節 )

—最晚在6個月后開始，每500 個工作小時檢驗一次

—對于船用變速箱，最晚在 3 個月后開始 ，每200 個工作小時檢驗一次

—在所有的修理完畢后

一當更改拋丸材料的供應或隔離時

b）  其他系統

最遲在拋丸材料的服務壽命過了50 ％后

   記錄點：在提供給風扇輪或拋丸噴嘴處

8.3 .2 粒度分析指導⒀

根據8.3.1 節的規范，進行如下的粒度分析：

—用必要的網篩構成篩分塔（在底部為最小的網眼）

備注：確保試驗網篩沒有彎曲或破壞

—裝載拋丸材料： 100克到 1000 克

—篩選拋九混合材料，篩分時間至少為 5 分鐘

—每次篩分后，稱殘余量的重量

一按百分比計算拋丸材料的含量

根據第 10 .1/10 . 2節，在檢驗單A“粒度分析表”上填寫結果。

⒀請看下表

粒度分析的名義值

表4和表5 規定的名義值必須按拋丸材料的標準觀察⑨

表4

表5

9   拋丸條件檢驗

所有的檢驗都應該在混合物下進行。為了滿足新的要求，這些混合物應該用混合彈丸建立。

9.1  拋丸的強度是用檢測試片“ A ” （ SAE J442 ）通過阿爾門工藝測定。

注釋：

如果標準化的阿爾門檢測試片在運行條件下拋丸，這將或多或少地會發生彎曲，它直接取決于傳遞的熱量。通過測量拱形高度確定的彎曲量，是用來比較拋丸強度的尺碼。

強度信息包括用mm表示的阿爾門檢

-阿爾門規格（可得到的，例如，通過+GF+ /瑞士）測試片的彎曲度和所用的檢測試片A。

例如0.34mmA

 強度檢測需要用到的如下：

—阿爾門檢測試片的夾具（尺寸和操作請見第 9  . 2 . 2 節的圖表）

—根據 SAE J442 的阿爾門檢測試片" A "（通過+GF+得到的，瑞士或德國）

阿爾門檢測試片只能一次性使用。

9. 2 熱區（風輪設備）

注釋：

在運行條件下，在加工件的表面強度達到了的拋丸區域，其規定的硬度增加也就達到了。

限定的熱區的強度要求達到的最低水平請見第 7 小節的表格 2 。

9.2 .1 檢測頻率

熱區必須明確：

一當機器第一次使用時。

一當在拋丸區進行大修理后。

一從上次測量后，最多為 500個工作小時，至少每 6個月。

一對于船用變速箱，最多為 200 工作小時一次，最晚在 3個月后。

  ⑨ 第 8 . 1 節的允許的其他的拋丸材料的粒度分析的名義值應該達成協議．對于名義彈丸尺寸來說，名義值優先。

 ⑩ 新彈九檢測應該在隨機抽檢的樣品下進行．確定的值必須跟制造商的檢測報告上數據相符合。這些值只是在新彈丸材料試驗時需要。

⑾ 規定的新彈丸材料的名義值必須和 DIN8201 和 VDF18001 相符合。

⑿ 規定的新彈丸材料的名義值必須和 ISO 11124 -3 和 SAE J 444 的標準相符合。

⒀ %100 - 200 網篩，網眼的寬度應符合 ASTME 11-01 的要求．通過以下途徑購買：在烏爾姆的 Schwabische  Glasindustrie  Dornstadt 或轉速約為 285rpm 的另一種篩網機械，供應商同上·

⒁ 壓縮空氣拋丸設備有可變的熱區。在被拋丸零件的所有位值的名義強度值必須達到。根據由DGM 出版的“強化目的的拋丸指南”進行檢測，在最初的檢驗和在大修理后（增加拋丸磨損 ），阿爾門值最少增加 8 ％。

注：在初次檢驗決定的加熱區在用來決定固定裝置（請見第 6 . 2 . 2 節）和能力的生產計劃時使用。不管規定降低的強度為多少，假如整個熱區沒有覆蓋，它應該在后來的檢驗中顯示出來, 然后進行新的初次檢驗，確定加熱區。（請見 10 .3 部分，檢驗表 B )

9.2.2 強度測量指導—確定加熱區

應該根據第8.3.1 小節提供的規范進行如下的強度測量：

—將阿爾門試片牢固地安裝到檢測試片的支架上（支架為硬化鋼，表面硬度大于等于 59HRC )

—檢測試片支架的布置：

用以下公式： al =h/2n   an = ( 2n - l ) . a1

檢測試片（至少4 個）在某個高度上以 a 的間距均勻地放置。

a1…..an ：是檢測試片的間距，是測量的基礎。

h ：是拋丸機內部的高度或者加工件的最大長度

n ：檢測試片的數量，標準測試為 6 個

如果空間有限或者當熱區很小的情況下，檢測試片可以垂直方向放置。

—測量評估

根據阿爾門檢測設備的說明，用測量阿爾門試片的拱形高度來確定強度。

根據第10.3 小節確定熱區，測量結果應該填在檢測表 B “強度測量表”中。

9.3 飽和點

注釋：

當拋丸時間增加為2倍，阿爾門試片的彎曲度增加不再大于10%，則達到了飽和。在記錄的強度特性曲線的飽和點上可以很快地讀出強度值。

在機器開機時和大修理后，飽和點是根據第9 . 2 小節完成的。檢測的細節在 SAE J 443 有提示。此檢驗可代替覆蓋率使用．因為它的確定被太復雜了。

對于船用變速箱零件的檢測頻率：至少一年一次。

形成文件：寫明日期和簽名的測量結果。

10  檢驗報告

檢驗報告

—檢驗表 A —粒度分析，拋丸（ 10 . 1 和 10 . 2 小節）

—檢驗表 B —強度測量，確定熱區（ 10 . 3 小節）

—飽和點（船用變速箱零件），根據 9 . 3 小節

—系統檢驗、船用變速箱零件，根據6.3小節

必須非常細心完成和完全按照8.3 ，9.1和9.2小節規定的頻率。并要求對此機器負責的部門因檢測目的而保留至少兩年。

⒂ 如果承擔了額外的拋丸處理和用了在8.1節表3中沒有規定的拋丸材料，規定的名義值和結果應該在適當的檢驗表中作好記錄．

⒃ 壓縮空氣拋丸設備不使用檢驗表B，而是根據DGM出版的“強化目的拋丸指南”準備報告。

11 拋丸零件的表面或用CBN磨的齒面的殘余應力

   由噴丸處理和CBN磨齒加工而產生的典型的殘余應力狀況是在零件的邊緣層形成，壓應力阻礙了振動的增強。（參考第5和6節）

11.1 殘余應力測量

殘余應力是用 X 射線測量的。此測量應用新的零件進行，此測量是破壞性的。

測量位置，測量方向和殘余應力的深度特性：

只要可能，應該在希望通過拋丸或者 CBN磨齒工藝增加強度的地方進行測量。在主要受力方向的測量。為了評估拋丸處理或CBN磨齒工藝引起的殘余應力．除了表面值之外，至少有殘余應力的深度情況，這些也應該包括表層下的殘余應力值。對于噴丸處理，推薦在距離表面（深度情況）20微米和 50 微米處，而對于CBN 磨齒推薦為10微米，20微米和50微米。材料可用電解法去除余量。

例如：為增強齒根強度進行拋丸處理。

測量位置：齒根（正切 30 度），至少在齒寬中心測量

深度：在距離表面20微米 50 微米處測量

測量方向：至少在向齒高方向處側量