渗碳厚度检测办法

金相法测量渗碳(碳氮共渗)齿轮的有效硬化层深度常州齿轮厂(213001)陈秋明张永年汽车、拖拉机齿轮大多采用渗碳或碳氮共渗淬火的表面热处理，以提高齿轮的耐磨、抗疲劳强度等性能。

国内汽车、拖拉机齿轮制造行业对此类齿轮的检验，过去一直采用金相法测量渗层深度。

随着与国际标准的接轨，我国新制订的国家标准ZBT04001-88及QCn29018-91中明确规定应采用显微硬度法测量渗层的有效硬化层深度。

勿用置疑有效硬化层深度更能代表齿轮渗碳(碳氮共渗)淬火处理后的综合机械性能，但国内大多数齿轮生产厂家由于老标准应用的时间较长，已形成了习惯，对新的标准还不完全适应；另有少数工厂不具备检测有效硬化层深度的条件。

在生产过程中的炉前试块检验，用金相法测量渗层深度与有效硬化层深度有明显的差异，用有效硬化层测量深度对试样的要求高，且检验周期长，不适合炉前快速检验，那么我们是否可找出一种既简便、又与有效硬化层深度有对应关系的金相测量方法呢?针对此问题，我厂进行了大量对比实验，实验证明可采用测量50%铁素体处距表面的距离来确定有效硬化层深度。

1测量方法的制订有效硬化层深度的定义是从零件表面到维氏硬度值为550HV处的垂直距离。

从定义中我们知道，有效硬化层深度取决于渗层中的硬度分布，而硬度分布是与渗层中各处的含碳量密切相关的。

我们从齿轮渗碳(碳氮共渗)热处理工艺特点考虑，在正常淬火的条件下渗层淬火组织应为马氏体，渗层中各处的硬度取决于原材料的淬透性和碳浓度分布。

当材料一定时，对应于550HV处的含碳量也应该是一定的。

我厂渗碳(碳氮共渗)齿轮所用材料为20CrMo或20CrMnTi，经渗碳(碳氮共渗)之后，对应于550HV处的碳浓度约为0.35%～0.40%，从理论上讲，相对应的平衡组织中铁素体与珠光体的比例是一定的，铁素体大约占50%～56%，在金相检验中，50%铁素体比较容易区分，故我们试用金相法，测量50%～56%铁素体处至表面的距离定为有效硬化层深度。

渗碳件质量检查零件渗碳前的检验：1．根据GB699-88《优质碳素钢技术条件》和GB3077-88《合金结构钢技术条件》等标准，对零件材质进行分析，发现异常，及时处理并报告2．零件表面不得有刀迹，尖锐角、氧化、生锈等，表面粗糙度应低于Ra3.2μm3．零件内部应无偏析、疏松等缺陷，原材料带状组织应≤2~3级，魏氏组织≤1级，晶粒度≥5级渗碳层总深度检验：1．渗碳层总深度≤0.3mm的渗碳件，按GB9451-88《钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定》的具体规定进行检验，常用显微组织测量法和显微硬度测量法1）显微组织测量法是零件热处理后导致零件表层和心部显微组织的变化，测定零件总硬化层深度或有效硬化层深度2）显微硬度测量法是零件经热处理后导致零件表面至心部“维氏显微硬度”的变化，测定零件总硬化层深度或有效硬化层深度2．日常生产渗碳层总深度一般用金相法检验，试样应是退火的平衡状态。

碳素钢渗碳层总深度为过共析层+共析层+1/2过渡层之间的垂直距离；合金钢渗碳层总深度为过共析层+共析层+全部过渡层（过共析层+共析层应为总渗碳层深的60%~70%）之间的垂直距离3．渗碳工艺过程中间检验以试样为主，常用断口目测法和磨片蚀显法断口目测法是将渗碳中间试样出炉后淬火打断观察断口，渗碳层为银白色瓷状，未渗碳部分为暗灰色纤维状，交界处的碳质量分数约为0.4%，此处至表面的垂直距离即定为渗碳层下限深度磨片蚀显法是将渗碳中间试样（淬火或正火状态均可）断面磨平用体积分数为4%的硝酸酒精溶液浸蚀几秒钟后，出现黑圈，黑圈厚度即为粗略的渗碳层下限深度4．同一批零件，渗碳层深度的波动，必须在图样规定的范围内同一零件渗碳层深度的波动范围是图样规定波动范围的1/2碳深度梯度检验：1．日常生产检验，可以用碳浓度（质量分数的）梯度和硬度的梯度检验互补，但质量仲裁应以硬度梯度（至心部硬度降）为准2.常用剥层法，剥层检验交界处的碳的质量分数为0.4%，剥层在表面0.1mm内，碳浓度（质量分数）应达到图样要求，一般以0.8%~1.0%为合格，碳深度梯度过渡过应平缓，不得出现陡坡，浅层渗碳允许表面碳的质量分数低于0.8% 渗碳层淬火前的组织检验：1．渗碳层淬火前的组织应是珠光体+碳化物+少量铁素体2．渗碳层中有大块或网状碳化物，应建议两次淬火或一次正火，一次淬火，一般碳化物级别小于6级3．渗碳后，心部出现3级以上带状组织或晶粒度小于5级时，应正火后，重新检验合格方可淬火4．渗碳层中出现网状碳化物与游离铁素体不合格时应正火消除渗碳件淬、回火后的硬度检验：1．渗碳件表面硬度检验时，应去除氧化皮，脱碳层、增碳层，应以洛氏和维氏硬度计检验为准2．硬度应符合图样或技术文件规定，一般碳钢（10、20钢）硬度在50~55HRC 或58~63HRC，合金钢硬度在58~63HRC3．硬度终检以实物为准，但允许用随炉不同位置两个以上的试样代替实物检验。

渗碳层深度检测方法——金相法1金相试样的制备1.1 取样1.1.1取样原则表面处理零件的检验要求试样取自与处理表面相垂直的横截面，磨面必须平整不可有倒角、卷边，否则会导致处理层厚度的错误测试结果。

取样一般应遵循下述原则。

1）代表性。

对局部进行化学热处理的零件，必须在经表面处理过的部位取样。

对于大尺寸的零件，可在附带随炉试块上进行取样。

必要时在事务上取样，以利于对比分析。

2）重要性。

选择零件受力最大或最易损坏的薄弱部位。

在检查零件损坏原因时，必须在损坏的断口或者裂纹处截取试样。

截取试样不应该时试样发生组织变化为原则。

1）对渗层表面未淬硬的零件，可采用常规的机加工方法乳手工锯或车床、刨床等。

2）对已淬硬的零件，可用砂轮切割机（水冷）。

3）对大尺寸零件，先用氧乙炔割下一块，然后再用切割机在无热影响区域截取试样。

试样尺寸以磨面面积小于400mm2，高度15~20mm为宜。

1.1.2 金相试样选取1）纵向取样。

纵向取样是指沿着钢材的锻轧方向取样。

主要检验内容为：非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况等。

2）横向取样。

横向取样是指垂直于钢材锻轧方向取样。

主要检验内容为：金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度、腐蚀层深度、表面化学热处理及镀层厚度。

3）缺陷或失效分析取样截取缺陷分析的试样，应包括零件的缺陷部分在内。

取样时应注意不能使缺陷在磨制时被损伤甚至消失。

1.2清洗试样可用超声波清洗。

试样表面若有油渍、污物或锈斑，可用合适的溶剂清除。

任何妨碍以后基体金属腐蚀的镀膜金属应在抛光之前去除。

1.3试样镶嵌若试样过于细薄或过软、易碎、或需检验边缘组织、或者为便于在自动磨抛机上研磨试样实验室通常采用可采用热压镶嵌法和浇注镶嵌法较为方便。

所选用先前方法均不得改变试样原始组织。

1.3.1热压镶嵌法将样品磨面朝下放入模中，树脂倒入模中超过样品高度，封紧模子并加热、加压。

第四节钢铁材料渗层深度测定及组织检验一、渗碳层检测钢的渗碳层检测包括渗碳层深度测定和渗碳层组织检验。

渗碳层深度检测方法有金相法、硬度法、断口法、剥层化学分析法，其中硬度法是仲裁方法。

（一）金相法一般来说，以过共析层+共析层+（1/2）亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于碳钢；以过共析层+共析层+亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于合金渗碳钢。

以上两种试样应为退火状态。

（二）硬度法硬度法是从试样边缘起测量显微硬度分布的方法。

执行标准为GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核》和GB/T9451-2005《钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定》。

被检测试样应在渗碳、淬火后采用维氏硬度试验方法进行，淬硬层深度是指从零件表面到维氏硬度值为550HV1处的垂直距离。

渗碳层的深度就是渗碳淬火硬化层深度，用CHD表示，单位为mm，如CHD=0.8mm；测定维氏硬度时试验力为1kg（）；硬度测试应在最终热处理后的试样横截面上进行。

测试时，一般宽度在1.5mm的范围内，垂直于渗碳层表面沿着两条平行线呈之字形打压痕，在一条直线上两相邻压痕的距离S不小于压痕对角线的倍，两条直线上相错位的压痕间距不应超过0.1mm。

测量压痕中心至试样表面的距离精度应在±μm的范围内，每个压痕对角线的测量精度应在±μm以内。

在适当条件下，可使用至HV1的试验力进行试验，并在足够的放大倍数下测量压痕。

测试时至少应在两条硬化线上进行，并绘制出每条线的硬度分布曲线（硬度值为纵坐标，至表面的距离为横坐标），用图解法分别确定硬度值为550HV处至表面的距离，如果两数值的差≤0.1mm，则取二者的平均值作为淬硬层深度，否则应重复试验。

上述方法适用于渗碳和碳氮共渗淬火硬化层，距表面3倍于硬化层深度处硬度值小于450HV且硬化层深度大于0.3mm的零件。

经协议各方协商，对于距表面3倍于硬化层深度处硬度大于450HV的钢件，可以选择硬度值大于550HV（以25HV为一级）的某一特定值作为界限硬度；可以使用其它维氏硬度载荷；也可以使用努氏硬度。

第四节钢铁材料渗层深度测定及组织检验一、渗碳层检测钢的渗碳层检测包括渗碳层深度测定和渗碳层组织检验。

渗碳层深度检测方法有金相法、硬度法、断口法、剥层化学分析法，其中硬度法是仲裁方法。

（一）金相法一般来说，以过共析层+共析层+（1/2）亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于碳钢；以过共析层+共析层+亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于合金渗碳钢。

以上两种试样应为退火状态。

（二）硬度法硬度法是从试样边缘起测量显微硬度分布的方法。

执行标准为GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核》和GB/T9451-2005《钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定》。

被检测试样应在渗碳、淬火后采用维氏硬度试验方法进行，淬硬层深度是指从零件表面到维氏硬度值为550HV1处的垂直距离。

渗碳层的深度就是渗碳淬火硬化层深度，用CHD表示，单位为mm，如CHD=0.8mm；测定维氏硬度时试验力为1kg（9.807N）；硬度测试应在最终热处理后的试样横截面上进行。

测试时，一般宽度在1.5mm的范围内，垂直于渗碳层表面沿着两条平行线呈之字形打压痕，在一条直线上两相邻压痕的距离S不小于压痕对角线的2.5倍，两条直线上相错位的压痕间距不应超过0.1mm。

测量压痕中心至试样表面的距离精度应在±0.25μm的范围内，每个压痕对角线的测量精度应在±0.5μm以内。

在适当条件下，可使用HV0.1至HV1的试验力进行试验，并在足够的放大倍数下测量压痕。

测试时至少应在两条硬化线上进行，并绘制出每条线的硬度分布曲线（硬度值为纵坐标，至表面的距离为横坐标），用图解法分别确定硬度值为550HV处至表面的距离，如果两数值的差≤0.1mm，则取二者的平均值作为淬硬层深度，否则应重复试验。

上述方法适用于渗碳和碳氮共渗淬火硬化层，距表面3倍于硬化层深度处硬度值小于450HV且硬化层深度大于0.3mm的零件。

渗碳层深度检测标准渗碳层深度是指在金属材料表面形成的一层碳化物，通常用于增强金属材料的硬度和耐磨性。

渗碳层深度的准确检测对于材料的质量控制和工程应用具有重要意义。

因此，制定一套科学严谨的渗碳层深度检测标准显得尤为重要。

一、检测方法。

1. 金相显微镜法。

金相显微镜是一种通过金相显微镜观察金属材料显微组织结构来检测渗碳层深度的方法。

通过金相显微镜的放大倍数和图像分析软件的辅助，可以准确测量渗碳层的深度。

2. 硬度计法。

硬度计是一种通过在金属材料表面进行硬度测试来间接检测渗碳层深度的方法。

由于渗碳层通常比基体金属硬度高，因此可以通过硬度值的变化来推断渗碳层的深度。

3. 电子探针法。

电子探针是一种通过电子束轰击样品表面并测量反射电子能谱来确定元素组成和深度分布的方法。

通过电子探针的分析，可以准确测量出渗碳层的深度和碳浓度。

二、检测标准。

1. 检测设备要求。

金相显微镜、硬度计和电子探针等检测设备应符合国家标准，且经过定期校准和维护，确保检测结果的准确性和可靠性。

2. 检测操作规程。

检测人员应经过专业培训，并熟练掌握各种检测方法的操作技巧和注意事项。

在进行渗碳层深度检测时，应按照标准的操作规程进行，确保检测结果的准确性。

3. 检测结果评定。

根据检测方法的测量结果，对渗碳层深度进行评定。

对于不同的工程应用和材料要求，可以制定相应的渗碳层深度标准，以确保材料的质量和性能满足要求。

三、质量控制。

1. 质量管理体系。

建立健全的质量管理体系，对渗碳层深度检测工作进行全面管理和控制。

包括检测设备的管理维护、检测人员的培训考核、检测操作规程的制定和执行等方面。

2. 数据分析与应用。

对渗碳层深度检测结果进行数据分析和应用，及时发现和解决存在的质量问题。

并根据检测结果，对生产工艺进行调整和改进，以提高渗碳层深度的稳定性和一致性。

3. 质量监督抽查。

定期进行质量监督抽查，对渗碳层深度检测工作进行全面检查和评估。

发现问题及时整改，确保检测结果的准确性和可靠性。

渗碳层深度检测方法——金相法1金相试样的制备1.1 取样1.1.1取样原则表面处理零件的检验要求试样取自与处理表面相垂直的横截面，磨面必须平整不可有倒角、卷边，否则会导致处理层厚度的错误测试结果。

取样一般应遵循下述原则。

1）代表性。

对局部进行化学热处理的零件，必须在经表面处理过的部位取样。

对于大尺寸的零件，可在附带随炉试块上进行取样。

必要时在事务上取样，以利于对比分析。

2）重要性。

选择零件受力最大或最易损坏的薄弱部位。

在检查零件损坏原因时，必须在损坏的断口或者裂纹处截取试样。

截取试样不应该时试样发生组织变化为原则。

1）对渗层表面未淬硬的零件，可采用常规的机加工方法乳手工锯或车床、刨床等。

2）对已淬硬的零件，可用砂轮切割机（水冷）。

3）对大尺寸零件，先用氧乙炔割下一块，然后再用切割机在无热影响区域截取试样。

试样尺寸以磨面面积小于400mm2，高度15~20mm为宜。

1.1.2 金相试样选取1）纵向取样。

纵向取样是指沿着钢材的锻轧方向取样。

主要检验内容为：非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况等。

2）横向取样。

横向取样是指垂直于钢材锻轧方向取样。

主要检验内容为：金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度、腐蚀层深度、表面化学热处理及镀层厚度。

3）缺陷或失效分析取样截取缺陷分析的试样，应包括零件的缺陷部分在内。

取样时应注意不能使缺陷在磨制时被损伤甚至消失。

1.2清洗试样可用超声波清洗。

试样表面若有油渍、污物或锈斑，可用合适的溶剂清除。

任何妨碍以后基体金属腐蚀的镀膜金属应在抛光之前去除。

1.3试样镶嵌若试样过于细薄或过软、易碎、或需检验边缘组织、或者为便于在自动磨抛机上研磨试样实验室通常采用可采用热压镶嵌法和浇注镶嵌法较为方便。

所选用先前方法均不得改变试样原始组织。

1.3.1热压镶嵌法将样品磨面朝下放入模中，树脂倒入模中超过样品高度，封紧模子并加热、加压。