（机械工程专业论文）引进机车牵引齿轮制造技术标准的研究.pdf

摘要 摘要 目前运用于我国铁路行业的国标g b 与铁标t b 基本沿袭了华沙铁组标准体系， 铁路行业的标准老化现象比较严重，而低起点的标准不仅会限制新技术的应用，降低 铁路机车车辆产品的技术等级与水平，还会降低铁路机车车辆配件产品的通用性、互 换性及可靠性，加大了企业制造、运用和维护的成本。实践证明，采用国际标准和国 外先进标准，是较经济且有效积累技术的方式之一。为了满足大同电力机车有限责任 公司大功率交流传动电力机车的需要，决定在齿轮的生产中采用法国阿尔斯通机车齿 轮制造技术标准。 根据引用标准的转换原则，结合南口机车车辆机械工厂以往齿轮加工的经验，南 口厂在引进机车牵引齿轮的制造过程中，制定了按照“直接采用实践检验补 充修订的工作模式。即根据我国铁道行业牵引齿轮制造标准( t b t 2 9 8 9 2 0 0 0 ) 和 法国阿尔斯通机车齿轮制造标准对比分析，分析南口厂齿轮生产工艺中和阿尔斯通机 车齿轮制造标准不同之处，并对现有齿轮生产过程加以改进，以符合阿尔斯通机车齿 轮制造标准的要求。 本文通过研究分析阿尔斯通机车齿轮制造标准，分析其在钢材种类及化学成分检 验、冶炼技术、齿坯用材的组织检查、轮坯锻造、热处理、无损检测、机械性能和硬 度试验等方面的具体要求和执行标准，并对比分析了几种机车牵引齿轮用钢的性能指 标，提出了南口机车车辆工厂在齿轮原材料质量上应注意的问题和检验标准；通过对 a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件齿轮滚齿加工和磨 齿加工要求的比较，结合具体问题，提出了南口机车车辆工厂在齿轮滚齿加工和磨齿 加工过程中应注意的问题和执行的标准，以达到提高加工制造标准和质量水平，消化 吸收国外先进制造标准和手段的目的，更好的为我国及行业制造标准的制定和修改提 供帮助。 关键词：齿轮制造技术标准；牵引从动齿轮；热处理；滚齿加工；磨齿i j n - r 大连交通火学t 稃硕十学位论文 皇詈皇皇暑皇詈皇詈皇置詈詈皇皇葛暑鼍皇暑囊i t 鼍暑暑置暑暑詈昌暑詈暑葛皇! 詈詈皇詈詈皇暑詈暑暑昌鲁目量墨喜皇詈皇詈皇詈詈詈皇昌鲁詈詈詈暑暑暑詈詈暑詈詈罩篁皇曼! 詈! 詈暑昌昌昌昌皇詈詈詈皇皇昌詈昌墨昌皇暑詈鼍詈盲毫 a b s t r a c t t h ee x i s t i n gr a i l w a yg b & t bs t a n d a r d sa r em a i n l yd e s c e n d e df r o mt h es t a n d a r d so f w a r s a wr a i l w a yo r g a n i z a t i o n a tp r e s e n t ，t h e a g i n gp h e n o m e n ao ft h o s es t a n d a r d s b e c o m es e r i o u s h o w e v e r ，t h es t a n d a r d sw i t hl o ws t a r t i n gp o i n t sn o to n l yl i m i tt h e a p p l i c a t i o no fn e wt e c h n o l o g yw h i c hd e g r a d e st h et e c h n i c a ll e v e la n dq u a l i t yo ft h e r a i l w a yv e h i c l e s ，b u ta l s or e d u c et h eu n i v e r s a l i t y ，e x c h a n g e a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h e s p a r e sp a r t so ft h o s ev e h i c l e s ，w h i c hi n c r e a s e sm a n u f a c t u r i n g ，o p e r a t i n ga n dm a i n t e n a n c e c o s t p r a c t i c eh a s p r o v e d t h a ti ti so n eo ft h em o s te c o n o m i c a la n dt e c h n i c a l l y a c c u m u l a t i v ew a yt oc h a n g et h i sp h e n o m e n at h a tt oa d o p ti n t e r n a t i o n a la n df o r e i g n a d v a n c e ds t a n d a r d s i no r d e rt om e e tt h en e e do ft h eh i g h p o w e ra cd r i v ee l e c t r i c l o c o m o t i v ep r o d u c e db yd a t o n ge l e c t r i cl o c o m o t i v ec o ，l t d ad e c i s i o nt h a ta p p l yt h e g e a rm a n u f a c t u r i n gt e c h n i c a ls t a n d a r d so fa l s t o m ，f r a n c ew a sm a d e a c c o r d i n g t ot h ec o n v e r s i o n p r i n c i p l eo fq u o t a t i o n s t a n d a r da n dt h e g e a r m a n u f a c t u r i n ge x p e r i e n c eo fn a n k o ur o l l i n gs t o c km a c h i n e r yf a c t o r y ，t h ef a c t o r yh a s m a d eu pw o r k i n gm o d e la s “a d o p t i n gd i r e c t l y e x a m i n i n gi np r a c t i c e r e v i s i n ga n d u p d a t i n g ”t h a ti s ，t oc o m p a r et h em a n u f a c t u r i n gs t a n d a r d so fh a u l i n gd r i v e ng e a r s ( t b t 2 9 8 9 2 0 0 0 ) w i t ht h a to fa l s t o m ，f i n do u tt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e m ，t h e nt o i m p r o v et h ee x i s t i n gs t a n d a r d st om e e tt h er e q u i r e m e n t so fa l s t o mm a n u f a c t u r i n g s t a n d a r d s t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e so nr e s e a r c h i n gt h e g e a r sm a n u f a c t u r i n gs t a n d a r d so f a l s t o m ，f r a n c e ，a n a l y z i n gi t sr e q u i r e m e n t sa n ds t a n d a r d so ns t e e lm a t e r i a li n s p e c t i o n ， c h e m i c a li n g r e d i e n t s ，s m e l t i n gt e c h n o l o g y ，e x a m i n i n go nt h eg e a rb l a n k sm a t e r i a l ，g e a rb i l l e t s f o r g i n g ，h e a tt r e a t m e n t , n o n d e s t r u c t i v et e s t i n g ，m e c h a n i c f u n c t i o na n dh a r d n e s st e s t ； c o m p a r i n gs t e e lp e r f o r m a n c ei n d e xo fs e v e r a lk i n d so fh a u l i n gd r i v e ng e a r s ，t h e np r o p o s e d i n s p e c t i n gs t a n d a r d sa n dp r o b l e m ss h o u l dp a ya t t e n t i o nt o f o rn a n k o ur o l l i n gs t o c k m a c h i n e r yf a c t o r yo ni t sg e a rm a t e r i a lq u a l i t y b yc o m p a r a t i v ea n a l y s i so nt h eg e a r m a n u f a c t u r es t a n d a r d so ft h ef r e n c hm a n u f a c t u r e ra l s t o ma n dt h er e q u i r e m e n t so ng e a r h o b b i n ga n dg r i n d i n gt e e t hp r o c e s s i n go ft b t e c h n i c a ls t a n d a r da n dt a k i n gp r a c t i c a lp r o b l e m i na c c o u n t ，w i t ht h ea i mt h a ti n c r e a s i n gt h ep r o c e s s i n gs t a n d a r d sa n dq u a l i t yl e v e l ，f u l l y a b s o r b i n gf o r e i g na d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gs t a n d a r d sa n dm e t h o d sa n do f f e r i n gh e l pt o d o m e s t i cs t a n d a r d sm a k i n ga n da m e n d m e n t ，p r o p o s e do p e r a t i n gs t a n d a r d sa n dp r o b l e m s s h o u l dp a ya t t e n t i o nt of o rn a n k o ur o l l i n gs t o c km a c h i n e r yf a c t o r yo np r o c e s s i n gg e a r h o b b i n ga n dg r i n d i n gt e e t h k e yw o r d s ：m a n u f a c t u r es t a n d a r d so fg e a r s ；h a u l i n gd r i v e ng e a r s ；h e a tt r e a t m e n t ； r o l lt o o t hp r o c e s s i n g ；r u bt o o t hp r o c e s s i n g i i 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太童交通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太董銮通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太蔓塞煎太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太蔓銮通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 、 又。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：习叁买 日期：知矿年，月，柏 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：北京铁路电气化学校 通讯地址：北京铁路电气化学校 电子信箱：m e y 6 6 4 9 s i n a t o m 导师签名：孑互呜 日期：多卵彦年f 月，日 电话：1 3 3 6 6 0 2 7 7 9 5 邮编：1 0 2 2 0 2 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得盘蔓銮通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：马春英硝炙 日期：2 0 0 8 年1 1 月1 2 日 绪论 绪论 一、课题的意义 标准是综合现代科学技术和生产实践的产物，是人们对科学、技术和经济领 域中重复出现的事物和概念，结合生产实践，经过论证、优化，有关各方充分协 调后所作的统一规定，并为各方共同遵守的技术文件。国际标准化组织( i s o ) 认定，所谓标准，是指“一种或一系列具有强制性要求或指导性功能，内容含有 细节性技术要求和有关技术方案的文件，其目的是让相关的产品或者服务达到一 定的安全标准或者进入市场的要求”。标准随着科学技术的发展和生产经验的总 结而产生和发展，来自生产又反过来为生产服务。产品只有达到标准的要求，才 能符合整机装配的要求，才有安装尺寸和使用功能的互换性，才能保证使用的经 济性和可靠性。 目前运用于我国铁路行业的国标g b 与铁标t b 基本沿袭了华沙铁组标准体 系，在前苏联的解体与铁道组织各成员国社会体制的改革之前，铁组标准的水平 即已经低于以西欧各发达国家为主组成的欧洲铁路联盟( u i c ) 标准的水平，所以， 中国国标g b 、铁标t b 已经不能完全适应当前我国经济的发展和企业的生产的需 要。铁路行业的标准老化现象比较严重，标龄在1 0 年以上的占了相当一部分1 3 j 。 许多标准没有得到及时修订，提速以后，很多问题逐渐暴露出来。而低起点的标 准不仅会限制新技术的应用，降低铁路机车车辆产品的技术等级与水平，还会降 低铁路机车车辆配件产品的通用性、互换性及可靠性，提高了企业制造、运用和 维护的成本。 实践证明，采用国际标准和国外先进标准，是廉价的技术引进，是最经济且 有效积累技术的方式之一。通过采用国际标准和国外先进标准可以大大缩短产品 开发周期，降低生产成本。此外通过标准化，把引进技术和技术创新成果用标准 的形式固定下来，以提高企业技术素质，也成为一种通行做法。企业要提高产品 质量，参与国际市场的竞争力，在竞争中求得生存和发展，就必须积极采用国际 标准和国外先进标准。 齿轮是南口机车车辆机械工厂三大支柱产品之一，南口机车车辆机械工厂继 开发成功s s 3 b 、s s 4 g 、d f 7 g 、s s 7 e 、s s 7 c 等机车牵引齿轮产品后，又在继续 试制开发大同电力机车有限责任公司与法国阿尔斯通( a l s t o m ) 公司合作的大 功率交流传动电力机车所用牵引从动齿轮。以前南口厂在齿轮的生产过程中采用 大连交通大学t 稃硕士学位论文 的是中华人民共和国铁道行业标准t b t 2 9 8 9 2 0 0 0 ( 机车车辆用齿轮供货技术条 件) ，为了满足大同电力机车有限责任公司技术引进大功率交流传动电力机车的 需要，决定在牵引齿轮国产化的生产中直接采用法国阿尔斯通机车齿轮制造技术 标准。 二、齿轮技术现状 齿轮传动是机械中最重要和应用最广泛的传动类型之一。在一定程度上说， 齿轮生产的技术水平，关系着国家机械工业的发展水平。随着近代工业的迅速发 展，齿轮技术也有了很大的发展。尤其是近3 0 年以来，在齿轮的啮合理论、承 载能力计算与实验，材料和热处理、加工工艺、精度和测量、振动与噪声、润滑 剂与润滑装置、新型齿轮传动等各方面，均有很大进展。比如在齿轮性能方面： 目前齿轮传动所能传递的功率可达1 2 5 0 0 0 k w ；圆周速度可达3 0 0 m s ；转速可达 1 0 5 r m i r a 齿轮减速器的传动比可达3 8 8 5 1 6 7 7 ：效率可达0 9 9 5 ；齿轮箱内的温 度可达5 3 8 0 c ；重载齿轮的寿命可达3 0 年以上。在齿轮的尺寸方面：分度圆的 直径可从不到l m m 至几十米，例如美国制造的雷达天线驱动齿轮d = 3 3 m ：齿轮 的模数从0 0 0 4 m m 直至1 0 0 m m ；齿轮的齿数从特殊齿轮的齿数为l 或2 直至可 达数千齿。在齿轮的制造和精度方面：磨齿机的加工精度可达i s 0 2 3 级；滚齿 机的加工精度可达i s 0 5 级，超精度滚齿机的加工精度可达i s 0 4 级；经珩磨加 工的齿轮的齿面粗糙度可达r a = 0 2 o 1 1 t m ：大型滚齿机的最大加工直径可9 m ； 由于高硬度及超高硬度滚刀的出现，不仅h b = 3 0 0 , - - , 4 0 0 的中硬齿面齿轮可以用 滚刀加工，而且h r c = 5 6 6 2 的硬齿面齿轮也可以滚刮加工。 机车牵引齿轮为大型高速重载齿轮，是电力机车和电传动内燃机车牵引传动 装置中的重要零件，它传递牵引电动机所产生的扭矩，并承受来自线路的冲击和 自身轴系的振动所产生的动载荷。因此，机车牵引齿轮是一个受力复杂，负重很 大，工作条件恶劣的部件，随着机车运行速度的提高，动载荷增大，齿轮的服役 条件更为苛刻。目前，我国的机车运行速度还不高( 平均6 0 k m h ) ，但牵引齿轮 使用寿命却较低，平均约为5 0 - - 1 0 0 万k m ( 1 2 个厂修期) ；而国外进口的机车 牵引齿轮的寿命有的可达到2 5 0 万k m t 6 1 。所以，研究并引进齿轮制造技术的国 际标准和国外先进标准，是缩短产品开发周期、降低生产成本，提高产品质量和 企业素质的有效途径。 三、南口机车车辆机械工厂引进国外机车牵引齿轮制造技术标准的工 作模式 2 绪论 我国曾从发达国家引进了如n d 5 、8 k 等多种车型，在引进机车国产化研制 过程中，各机车车辆厂通过在实践引进工作中的探索，总结出了一些有益的方法， 并提出了引用标准的转换原则【5 】： ( 1 ) 引进标准与我国现行的国家标准或行业标准一致时，应一律采用我国标 准。 ( 2 ) 引进标准低于或等同于国际标准，并且我国现行的国家标准和行业标准 也不能满足引进产品的要求或暂无相应的标准时，则可直接采用国际标准。 ( 3 ) 引进标准高于国际标准或暂无相应的国际标准时，则直接采用引进标 准。但是，仍要保证该标准的计量单位采用国际单位制，涉及到的电压、电流、频 率等级、仪器仪表等的输入输出接口环境条件、安全、环境保护等要求，必须符 合我国的有关标准规定。 根据引用标准的转换原则，结合南口机车车辆机械工厂以往齿轮加工的经 验，南口厂在引进机车牵引齿轮的制造过程中，制定了按照“直接采用一实践检 验一补充修订的工作模式。即根据我国铁道行业牵引齿轮制造标准 ( t b t 2 9 8 9 - 2 0 0 0 ) 和法国阿尔斯通机车齿轮制造标准对比结果，分析南口厂齿 轮生产工艺中和阿尔斯通机车齿轮制造标准不同的地方，并对现有齿轮生产过程 加以改进，以符合阿尔斯通机车齿轮制造标准的要求。如果由于工厂现有条件不 允许或不能满足要求，则考虑通过可实现的工艺手段使产品符合阿尔斯通机车齿 轮质量的要求。 大连交通人学下程硕十学位论文 第一章阿尔斯通机车齿轮制造标准研究 为了保证齿轮的生产质量和使用性能，阿尔斯通机车齿轮制造标准对用于机 车车辆和任何属于承受高应力或对操作安全性有影响的大、小齿轮的特性和制 造、检验的条件，做出了明确的规定。为了生产出符合阿尔斯通标准的机车牵引 从动齿轮，并有针对性地对南口厂现有齿轮生产设备和生产工艺进行改造，首先 对阿尔斯通机车齿轮制造标准和南口厂以前齿轮生产所采用的标准：t b t2 9 8 9 2 0 0 0 进行了比较分析。 1 1 原材料及锻件质量 齿轮材料的质量直接影响着齿轮产品的最终质量，这其中包括机械加工性 能，热处理变形，渗碳淬火的质量、以及后续装配的齿轮件质量和失效等。因而 国外公司把齿轮材料质量连同热处理、加工制造工艺等一起制定严格的规范，规 范中一般都包括化学成分、冶金质量、强度和硬度、淬透性、热处理等方面的内 容。 1 1 1 钢材种类及化学成分 ( 1 ) 国内外齿轮用钢的选择及其化学成分 国外高速重载渗碳齿轮用钢大多数采用低碳铬钼钢或低碳铬镍钼钢，而且较多地 采用保证淬透性的“h 钢。表1 1 列出我国生产及从国外引进的几种主要类型内燃 及电力机车牵引从动齿轮用钢及其化学成分。 化学成分对齿轮的机械性能及热处理工艺性能有直接的影响，是材料生产中最基 本的控制因素。国外钢厂在向用户供货时，首先要提供钢材的炉前分析结果。但由于 齿轮锻件尺寸及其在钢锭中截取部位的不同，锻造部门还要对齿坯的化学成分进行第 二次检验。 从表1 1 可见，用于制造机车牵引齿轮的钢材一般选用表面硬化钢，以采用低碳 合金结构钢经渗碳淬火为多。这是因为低碳合金结构钢经渗碳后齿轮表面含碳量高， 淬火后硬度可达5 6 6 2 h r c ，且渗碳淬火齿轮的含碳量由齿面向心部逐渐降低，当 采用淬透性较好的低碳合金钢时，淬火后心部可获得高强韧性的低碳马氏体组织，特 别适用于高速机车牵引齿轮。目前，采用低碳合金钢的渗碳淬火工艺已成为国内外高 速机车主、从动牵引齿轮的发展趋势。 4 第一章阿尔斯通( a l s t o m ) 机车牵引齿轮制造标准研究 表1 1 机车牵引从动齿轮用钢化学成分( ) t a b l e1 1 c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs t e e lf o rl o c o m o t i v et r a c t i o nd r i v e ng e a r 国机车 钢号 cs im ns p c rn im 0 家型号 东风4o 3 8 o 1 7 0 5 0 0 9 0 0 1 5 4 2 c r m o s s 30 4 5o 3 7o 8 00 0 3 50 0 3 51 2 0o 2 5 中东风0 4 5 o 1 7 0 5 0 0 9 0 0 1 5 5 0 c r m o a 国9 0 5 4o 3 7o 8 0 0 0 2 50 0 2 5 1 2 0 o 2 5 1 5 c r n i 6 o 1 2 o 1 5 0 4 0 1 4 1 4 s s 7 ( 1 5 c r n i ) 0 1 70 4 00 6 0 0 0 3 5 0 0 3 51 7 01 7 美n d 5b 5 0 a m 3 3 d0 4 2 0 1 7 o 3 0o 3 0 国 ( 4 5 ) 0 5 00 3 7 0 0 3 5 0 0 3 5 n d 41 5 c r n i 6o 1 2 0 1 5 0 4 0 1 4 l ? 4 法 6 y 2 ( 1 5 c r n i ) o 1 70 4 0o 6 00 0 3 50 0 3 51 7 01 7 国 6 ga c 2 f 镍铬钢，n i 2 5 日 6 ks n c m 4 2 0o 1 7 0 2 0 0 4 0 0 3 5 1 6 0 0 2 0 本 ( 2 0 c r n i 2 m o ) 0 2 30 3 5o 7 00 0 3 00 0 3 0o 6 52 o oo 3 0 于舌号中的钢号为相当于我国钢材的编号 根据使用要求，渗碳钢应具有的性能是：( 1 ) 渗碳层硬度高，具有优良的耐磨 性和接触疲劳抗力，同时又有适当的塑性和韧性；心部则必须有高的韧性和足够高的 强度。当心部韧性不足时，在冲击载荷或过载荷作用下容易断裂；强度不足时，则硬 脆的渗碳层缺乏足够的支撑，而容易破裂、剥落。( 2 ) 具有良好的热处理工艺性能， 即要求在渗碳温度9 0 0 - - 9 5 0 下奥氏体晶粒不易长大，为了防止晶粒的长大可以加 入微量的铝和氮。( 3 ) 具有良好的淬透性。 机车从动牵引齿轮，在检修时更换操作相当困难，需要架车并退出车轮，机务段 无架车和退轮设备，必须在厂修时进行，而且花费工时较多。同时，从动齿轮尺寸较 大，加工制造困难，成本较高。所以，为了提高机车的经济性和可靠性，应使机车牵 引从动齿轮具有更高的使用寿命。从表1 1 可以看出，牵引齿轮用钢对s 、p 的含量 均有严格的限制，s 、p 含量均小于o 0 3 5 ，为高级碳素钢。所含的主要合金元素为 大连交通人学1 ：程硕十学位论文 m n 、c r 、n i 、m o 等，其中c r 、m o 为碳化物形成元素，n i 为非碳化物形成元素。 碳化物形成元素可以在渗碳时增加表面碳浓度，使碳浓度梯度变陡，非碳化物形成元 素则可减少表面碳浓度，使碳浓度变平缓，钢中碳化物形成元素与非碳化物形成元素 相互配合，可使渗碳钢有较好的渗碳能力。 c r 的加入使得钢的淬透性得到增加，n i 增加淬透性的作用较小，但n i 与c r 同 时加入钢中后，尤其是当c r 、n i 含量之比近似1 ：3 时，能显著增加钢的淬透性。 m o 在渗碳钢中有多方面的突出作用。例如，它大大提高零件渗碳层和心部的淬透性， 有利于扩大使用尺寸和控制淬火变形；它明显抑制渗碳层中贝氏体的形成，有利于得 到全马氏体组织；它使渗碳体在较宽的含碳量范围内能得到最高硬度，有利于硬化层 质量的稳定；它抑制渗碳层表面氧化等等，从而提高渗碳层的冲击断裂应力和过载加 疲劳下的抗力。m o 的加入使钢的晶粒细化，降低了钢的过热敏感性，使得钢在高温 下长时间渗碳时晶粒不易长大。此外，m o 的另一个显著作用是改善了钢中碳化物的 形态。实验证明，m o 的碳化物在渗碳过程中以点状析出，并在渗碳过程中发展成球 状和椭圆状，细小且呈球状的碳化物不但可以提高齿轮的接触疲劳强度，而且可以提 高其弯曲疲劳强度和耐磨性。而c r 的碳化物在渗碳过程中以针状、网状析出。m o 有阻碍碳化、粗化的倾向，所以，渗碳钢中加入m o 是非常合理的。 合金元素c r 、n i 均降低钢的m s 点。c r 、n i 含量高的钢将因为m s 点下降的原 因而致使淬火后残余奥氏体含量过多。 ( 2 ) 对a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件钢材种类 及化学成分的规定的比较 a l s t o m 标准： 齿轮材料应按照n fe n1 0 0 8 4 或n fa3 5 5 6 7 标准进行选取。每炉钢的化学成 分都应检验，应测量含氢量，其值不能超过3 p p m 。检查数量为每炉次1 个。 t b t 2 9 8 9 2 0 0 0 ： 齿轮材料应按照g b t 6 9 9 、g b t 3 0 7 7 、g b t 5 2 1 6 确定的牌号中选择钢。齿轮的化 学成份在浇注时采取分析试样。此外要在锻坯上取样进行检查，该试样应通过冷切割取 得，如需要可通过钻削取得( 钻屑) 。成品钢的化学成分应在规定的公差范围内，检查 数量为每炉次1 个。 1 1 2 冶炼技术 ( 1 ) 国内外齿轮用钢的冶炼技术和冶金质量 6 第一章阿尔斯通( a l s t o m ) 机车牵引齿轮制造标准研究 在美国，大部分齿轮用钢采用电炉熔炼、炉外精炼、真空脱气及细晶化处理。对于 某些航空用齿轮锻件还采用了真空熔炼技术。在日本，七十年代以来冶炼技术明显改进， 目前已广泛采用钢包精炼和钢包脱气处理，使钢中氧含量大幅度下降，现在可以达到 1 0 b 1 5 p p m ，钢中非金属夹杂也大为减少，而且使钢材的化学成分及淬透性得以更严格 的控制。 国内齿轮用钢较多采用磁性电炉冶炼，可以较好地去除硫和磷，较好地保证钢水的 纯净度。由于非金属夹杂物与钢中的氧含量有关，因此必须对氧含量进行控制。在钢水 中加入s i 、m n 和砧这样的易氧化元素，能够排除部分的氧，形成硅酸锰、铝酸盐和 氧化铝等非金属夹杂物。其余部分的夹杂物是硫化锰以及浇铸过程中部分剥落的耐火材 料。所以对要求较高的高速重载齿轮锻件用钢，宜选择碱性电炉熔炼加上真空脱气或电 渣重熔。 ( 2 ) 对a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件齿轮用钢的 冶炼技术的比较 a l s t o m 标准： 钢材需要脱氧并镇静、真空脱气。应测量含氢量，其值不能超过3 p p m 。 t b t 2 9 8 9 2 0 0 0 - 钢材需要电炉纯氧吹炼，钢应在炉内或浇包内镇静，采用低注工艺。 1 1 3 齿坯用材的组织检查 ( 1 ) 国内外齿坯用材的组织检查 对齿坯检验的具体内容根据化学成分、齿轮转速、载荷大小来确定。内容包括： 表面状态检验、墩粗试验、破坏性试验，晶粒度、淬透性试验以及较严格的无损检 测等。 偏析 为保证锻件的强度均匀性，应对原材料进行硫印试验，以掌握化学成分的偏析 分布情况，同时显示出原材料中有无缩孔和表面缺陷等一类问题。 非金属夹杂物 非金属夹杂物在很大程度上可以反映出锻件最后使用质量的好坏。在锻制前应 对原材料进行高倍组织检查，并规定各种氧化物和硫化物的级别范围，并尽可能在 锻件本体或本体的加长段进行。 发裂 7 大连交通大学t 程硕十学何论文 最为直接的检查方法是在每一炉号的原材料上切取横向试片，经磨光后用磁粉 检验以确定其有无内部裂纹，但较为经济和便利的方法，是在锻造前进行超声波探 伤。对高要求的锻件原则上应进行全方位探伤，或按照一定比例进行端部取样检查。 过热和过烧 在原材料轧制过程中，这种现象是非常少见的，除非引起怀疑，否则不进行专 门检验，但这种现象在终锻时则时常出现。 淬透性 为了满足各种尺寸齿轮的强度要求，淬透性是合理选择钢材的最常用指标，也 是用户向钢厂签定订货合同时的主要依据之一。国外把常用钢材的淬透性曲线和数 据积累起来，供选材和订货时参考应用。 目前应用最广泛的钢材淬透性试验方法是顶端淬火试验法。在检验齿轮锻件的 淬透性时，可采用与锻件相同炉号的锻棒试样。淬透性曲线应落在规定的淬透性带 内。 ( 2 ) 对a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件齿坯 用材的组织检查的比较 非金属夹杂物 a l s t o m 标准： 试验试样应从半成品上获得，检查数量为每炉次1 个。 t b t2 9 8 9 2 0 0 0 ： 试样取自钢坯或切头后有代表性的钢锭头部，试样的锻造比为3 ，检查数量为 每炉次1 个。 表1 2 非金属夹杂物的含量允许值 t a b l e1 2a l l o wv a l u eo ft h en o n m e t a l l i ci n c l u s i o n 纯吉度 夹杂物种类细系级别数粗系级别数 a l s t o m 标准 t b 厂1 2 9 8 9 2 0 0 0a l s t o m 标准t b 厂r 2 9 8 9 2 0 0 0 a ( 硫化物类) 2 52 5 1 5 1 5 b ( 氧化铝类) 2 o3 01 o2 0 c ( 硅酸盐类) 0 52 5 0 5 2 0 d ( 球状氧化物类) 1 02 5 1 02 0 8 第一章阿尔斯通( a l s t o m ) 机下牵引齿轮制造标准研究 低倍组织 a l s t o m 标准： 要求对齿坯粗车后进行水浸超声波检测，不容许由l m m 以上缺陷。 t b 厂r2 9 8 9 2 0 0 0 ： 按照g b t 2 2 6 和g b t 1 9 7 9 对齿轮用钢进行低倍组织检查和评定。酸浸低倍组 织试片上不得有肉眼可见的缩孔、白点、气泡、翻皮、裂纹和夹杂等。酸浸低倍组 织级别应符合有关标准的规定。 检查应在钢坯端部的横截面上或切头后有代表性的钢锭头部横截面上进行，检 查数量为每炉次1 个。 晶粒度 a l s t o m 标准： 奥氏体晶粒尺寸应按i s 0 6 4 3 标准核对，放大1 0 0 倍的情况下奥氏体晶粒度等 级应大于或等于6 ，检查数量为每炉次1 个。 t b t2 9 8 9 2 0 0 0 ： 奥氏体晶粒尺寸应按y b t 5 1 4 8 标准核对，放大1 0 0 倍情况下奥氏体晶粒度等 级应大于或等于6 ，检查数量为每炉次1 个。 淬透性 a l s t o m 标准： 淬透性曲线按i s o6 4 2 标准的顶端淬火试验方法进行核对，应满足标准对钢的 要求，检查数量为每炉次1 个。 t b t2 9 8 9 2 0 0 0 ： 钢的淬透性试验按照g b t2 2 5 进行，其淬透性曲线应符合g b t 5 2 1 6 的规定， 检查数量为每炉次1 个。 1 1 4 锻造 ( 1 ) 国内外齿轮锻件要求 对于初锻的各项规定，也适用于再锻。材料在进行最终成形锻制时，为了减小 变形抗力，常采用提高锻坯温度的方法，但必须注意，在这种温度下加热和均热所 造成的组织粗化、能够通过进一步处理得以改善。 锻造温度 高速重载齿轮锻件产生过热现象的可能性不大，但如果炉温不均匀，部分坯料 有可能达到过热温度，因此应对加热温度进行控制。同时在锻制过程中也要严格地 9 大连交通大学t 程硕十学位论文 控制终锻温度，以防止锻件在低温范围内变形时产生裂纹，这是锻造过程中的重要 控制因素之一。 锻造比 对高速重载齿轮选择一个什么样的锻造比，将直接影响到锻件的最终质量和使 用性能，这对大型齿轮锻件来说尤为重要。而对于小型齿轮锻件( 棒材锻制的锻件) ， 因为经过轧制，它已有很大的变形程度。且其组织和性能也得到了很大的改善，故 一般不要求较大的锻造比。 ( 2 ) 对a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件齿轮锻 件要求的比较 a l s t o m 标准： 对锻造毛坯来说，连续铸造的钢锭、钢块或圆棒的锻造比在齿部至少为4 ，在 其他部位至少为3 ，当齿坯采用碾压生产时，锻造比至少为5 ，对新产品的首批进 行一次确认。 t b t2 9 8 9 2 0 0 0 ： 所有锻造毛坯，从钢锭或钢坯开始的锻造比，在齿根所在部位应大于或等于4 ， 其他部位大于3 。 对检查数量无规定。 1 1 5 热处理 ( 1 ) 国内外齿轮锻件热处理要求 锻件在锻制以后应立即进行热处理，以消除锻造应力，细化晶粒，保证均匀的 强度、硬度和良好的加工性能。通常采用正火或正火加高温回火的热处理工艺，回 火温度一般要求在5 5 0 以上，这样才能保证在后续加工过程中的组织稳定性和尺 寸精度。如果锻件需在热处理前进行加工，则应为最终加工留有足够的加工余量， 以保证去除表面脱碳层，同时考虑可能发生的弯曲或其他形式的变形。对于碳钢锻 件以及某些要求拉伸强度较低的合金钢锻件，一般可采用正火加回火的热处理工 艺。当拉伸强度要求较高时，锻件必须经过淬火加回火( 调质) 处理。 ( 2 ) 对a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件齿轮锻 件热处理要求的比较 a l s t o m 标准： 不论锻造或滚制的毛坯，都必须经过正火热处理。 t b t2 9 8 9 2 0 0 0 ： 1 0 第一章阿尔斯通( a l s t o m ) 机车牵引齿轮制造标准研究 齿坯锻造后，应进行正火处理。 1 1 6 无损检测 ( 1 ) 国内外齿轮锻件无损检测技术 有许多因素可能造成锻件缺陷。为防止有内在缺陷的锻件进入机加工工序，应 对所有的锻件进行检测。在各种检测方法中以超声波探伤更为直观。 对于高速重载齿轮锻件来说，无损检测尤为重要。为了防止有内在缺陷的齿坯 进入机械加工，通常采用荧光或超声波探伤等。如果可能，在锻造后可以立即进行 这种检验，以尽早发现不合格锻件。 利用超声波对齿轮锻件探伤时，一般采用脉冲法。脉冲法是一种向锻件发射持 续时间很短的超声波脉冲，然后接收它在材料内部缺陷上的反射波，以此来确定缺 陷存在的位置和大小的方法。上述两种方法都要求工件表面粗糙度控制在6 3 9 m 以 内。 ( 2 ) 对a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件齿轮锻 件无损检测的比较 a l s t o m 标准： 齿轮所有部位应是完好的。对经加工过的齿坯采用水浸超声波进行检测，检验 标准为n fe n l 0 2 2 8 3 。检测范围从两侧进行扫描，最小的检验区域应为将来切齿 的部位，沿外径至少两倍于齿高宽度的圆环区域。 探测器灵敏度的校准采用一个与将要探测的零件具有相同的属性的参考齿轮 来进行，参考齿轮上有一个经加工好的o l m m 平底孔的人工缺陷。 验收标准： 无大于在宽度至少是齿高两倍的圆环上的直径为l m m 的平底孔上获得的显 示。 超声4 d b 的回声无缩减。 t b t2 9 8 9 2 0 0 0 ： 在加工过的毛坯上采用水浸法进行超声波探伤检查，从两侧面对整个毛坯内部 进行检查，检验区域应沿齿至少按两倍于齿高的宽度切出的齿圈。 探测器灵敏度的校准应有一个参考齿轮来进行，参考齿轮与待检齿轮具有相同 的材质，参考齿轮带有人工缺陷的平底孔，平底孔直径为l m m 。 在和超声波检查相同的条件下进行校核。 验收标准： 大连交通人学t 稗硕+ 学何论文 在宽度为齿高两倍的齿圈内，不应有大于在直径l m m 平底孔上的缺陷。 在中央部位，不应有大于直径2 m m 的缺陷。 1 1 7 机械性能和硬度试验 ( 1 ) 国内外齿轮锻件机械性能和硬度试验要求 机械性能和硬度反映了齿轮锻件的许多力学性能，包括强度、塑性、韧性等， 这在有关齿轮锻件力学性能检测的技术规范中都作了详细的规定。拉伸试验和冲击 试验是反映齿轮锻件力学性能( 包括强度、塑性和韧性) 的有效方法。目前，国外公 司对锻件拉伸试验和冲击试验的取样位置、数量和试验方法都作了明确的规定。对 每个锻件至少切取一个拉伸试样和一套( 三个) 冲击试样，对于某些小尺寸的齿轮锻 件。可以分组抽样切取拉伸试样和冲击试样。因此，齿轮锻坯上都要留有足够的试 验材料，以切取试样。试样切取方法是根据齿和尺寸来确定的。 在热处理后，加工轮齿前，应对每个锻件进行布氏硬度检验。检验的位置是即 将加工轮齿的部位，一般沿圆周等距离测量四个点的硬度值。当有齿部位的最终直 径大于2 5 m 时，硬度侧量点数应增加到八个。当齿轮锻件的厚度大于1 2 5 m 时。 应在锻件的两侧分别测取八点的硬度值。 ( 2 ) 对a l s t o m 机车齿轮制造标准和t b 机车车辆用齿轮供货技术条件齿轮 锻件机械性能和硬度试验要求的比较 a l s t o m 标准： 机械性能要求： 在淬火、回火条件下，从0 8 0 m m 的圆棒的半径的中心获得的试样试验的最小 值为：r m 抗拉强度：1 0 0 0 n m m 2 ，r e 屈服强度：8 0 0 n m m 2 ，延伸率：8 ，冲 击功：6 0 j c m 2 。 硬度及测量要求： 非表面硬化处理部分