钢件渗碳处理的质量检验以及缺陷补偿

齿轮渗碳后淬火的质量分析摘要：通过对齿轮渗碳淬火后出现质量问题的分析和处理，论述了齿轮淬火产生缺陷的原因，提出了控制淬火过程和合理选用淬火介质应该注意的一些问题。

1 齿轮渗碳淬火常见质量问题（1）淬火后硬度不足、硬度分布不均匀、硬化深度不够；（2）淬火后心部硬度过高；（3）淬火变形超差；（4）淬火开裂；（5）油淬后表面光亮度不够。

这类质量问题的出现往往与齿轮的材质、前处理、淬火加热、渗碳碳势和淬火冷却有关。

在排除材质、前处理和加热渗碳中的问题后，淬火介质及相关技术的作用就特别突出了。

近年来国外对淬火冷却问题的研究证明，它是提高热处理质量最值得注意的问题。

渗碳齿轮淬火常用油作冷却介质。

因此，下面将首先分析齿轮淬火产生质量问题与淬火介质特性和用法的关系，并指出了淬火介质冷却速度的特点。

最后介绍了常用淬火介质的特点和选用时的注意事项。

1.1 硬度不足与硬化层深度不够淬火冷却速度偏低是造成齿轮淬火硬度不足、硬度不均和硬化深度不够的原因，冷却偏低又可以分为高温阶段冷速不足、中低温阶段冷速不足以及低温阶段冷速不足等情况。

如对于中小齿轮，淬火硬度不足往往是中高温阶段冷速不足所致，而模数大的齿轮要求较深淬硬层时，提高低温冷却速度就非常必要了。

对于淬火用油，一般说，油的蒸气膜阶段短、中温冷速快、低温冷却速度快，往往能获得高而且均匀的淬火硬度和足够的淬硬深度。

工件装挂方式对淬火冷却效果也有明显影响。

要使淬火油流动通畅，并配备和使用好搅拌装置，才能得到更好的冷却效果。

提高淬火介质的低温冷却速度，可以增大淬硬层深度。

在渗层碳浓度分布相同的情况下，采用低温冷却速度高的淬火油，往往获得更深的淬火硬化层，因此，采用冷却速度快的淬火油，缩短渗碳时间，也能获得要求的淬硬层深度。

要求的渗碳淬硬层深度越大，这种方法缩短渗碳时间的效果越明显。

1.2 淬火后心部硬度过高这类问题主要与原材料淬透性、所选淬火油冷速过快或其低温冷却速度过高有关。

渗碳件常见缺陷与对策一、渗碳层出现大块状或网状碳化物缺陷产生原因：1、表面碳浓度过高；2、滴注式渗碳，滴量过大；3、控制气氛渗碳，富化气太多；4、液体渗碳，盐浴氰根含量过高；5、渗碳层出炉空冷，冷速太慢；对策：1、降低表面碳浓度，扩散期内减少滴量和适当提高扩散期湿度，也可适当减少渗碳期滴量；2、减少固体渗碳的催碳剂；3、减少液体渗碳的氰根含量；4、夏天室温太高，渗后空冷件可吹风助冷；5、提高淬火加热温度50~80ºC并适当延长保温时间；6、两次淬火或正火+淬火，也可正火+高温回火，然后淬火回火；二、渗层出现大量残余奥氏体缺陷产生原因：1、奥氏体较稳定，奥氏体中碳及合金元素的含量较高；2、回火不及时，奥氏体热稳定化；3、回火后冷却太慢；对策：1、表面碳浓度不宜太高；2、降低直接淬火或重新加热淬火温度，控制心部铁素体的级别≤3级；3、低温回火后快冷；4、可以重新加热淬火，冷处理，也可高温回火后重新淬火；三、表面脱碳缺陷产生原因：1、气体渗碳后期，炉气碳势低；2、固体渗碳后，冷却速度过慢；3、渗碳后空冷时间过长；4、在冷却井中无保护冷却；5、空气炉加热淬火无保护气体；6、盐浴炉加热淬火，盐浴脱氧不彻底；对策：1、在碳势适宜的介质中补渗；2、淬火后作喷丸处理；3、磨削余量，较大件允许有一定脱碳层（≤0.02mm）；四、渗碳层淬火后出现屈氏体组织（黑色组织）缺陷产生原因：渗碳介质中含氧量较高：氧扩散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素贫化，使淬透性降低。

对策：1、控制炉气介质成分，降低含氧量；2、用喷丸可以进行补救；3、提高淬火介质冷却能力；五、心部铁素体过多，使硬度不足缺陷产生原因：1、淬火温度低；2、重新加热淬火保温时间不足，淬火冷速不够；3、心部有未溶铁素体；4、心部有奥氏体分解产物；对策：1、按正常工艺重新加热淬火；2、适当提高淬火温度延长保温时间；六、渗碳层深度不足缺陷产生原因：1、炉温低、保温时间短；2、渗剂浓度低；3、炉子漏气；4、盐浴渗碳成分不正常；5、装炉量过多；6、工件表面有氧化皮或积炭；对策：1、针对原因，调整渗碳温度、时间、滴量及炉子的密封性；2、加强新盐鉴定及工作状况的检查；3、零件应该清理干净；4、渗层过薄，可以补渗，补渗的速度是正常渗碳的1/2，约为0.1mm/h左右；七、渗层深度不均匀缺陷产生原因：1、炉温不均匀；2、炉内气氛循环不良；3、炭黑在表面沉积；4、固体渗碳箱内温差大及催渗剂不均匀；5、零件表面有锈斑、油污等；6、零件表面粗糙度不一致；7、零件吊挂疏密不均；8、原材料有带状组织；对策：1、渗碳前严格清洗零件；2、清理炉内积炭；3、零件装夹时应均匀分布间隙大小相等；4、经常检查炉温均匀性；5、原材料不得有带状组织；6、经常检查炉温、炉气及装炉情况；八、表面硬度低缺陷产生原因：1、表面碳浓度低；2、表面残余奥氏体多；3、表面形成屈氏体组织；4、淬火温度高，溶入奥氏体碳量多，淬火后形成大量残余奥氏体；5、淬火加热温度低，溶入奥氏体的碳量不够，淬火马氏体含碳低；6、回火温度过高；对策：1、碳浓度低，可以补渗；2、残余奥氏体多，可高温回火后再加热淬火；3、有托氏体组织，可以重新加热淬火；4、严格热处理工艺纪律；九、表面腐蚀和氧化缺陷产生原因：1、渗剂不纯有水、硫和硫酸盐；2、气体渗碳炉漏气固体渗碳时催渗剂在工件表面融化，液体渗碳后，工件表面粘有残盐；3、高温出炉，空冷保护不够；4、盐炉校正不彻底，空气炉无保护气氛加热，淬火后不及时清洗；5、零件表面不清洁；对策：1、严格控制渗碳剂及盐浴成分；2、经常检查设备密封情况；3、对零件表面及时清理和清洗；4、严格执行工艺纪律；十、渗碳件开裂缺陷产生原因：1、冷却速度过慢，组织转变不均匀；2、合金钢渗后空冷，在表层托氏体下面保留一层未转变奥氏体在随后冷却或室温放置时，转变成马氏体，比容加大，出现拉应力；3、第一次淬火时，冷却速度太快或工件形状复杂；4、材质含提高淬透性的微量元素（Mo、B）太多等；对策：1、渗后减慢冷却速度，使渗层在冷却过程中完全共析转变；2、渗后加快冷却速度，得到马氏体+残余奥氏体。

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。

渗碳件常见的缺陷及防止和补救措施1、深层过浅：产生的原因主要是加热温度低，时间短，炉内的碳势低等原因造成的。

应针对具体原因采取防止措施。

深层过浅可采取补渗予以补救。

2、渗层过深：产生的原因主要是加热温度高，时间长，炉内的碳势高等原因造成的。

应针对具体原因采取防止措施。

但对已超过标准要求的是无法补救的。

3、渗层深度不均匀：产生这种缺陷的主要原因是炉温不均匀，炉内碳势不均匀，或工件表面不净。

防止方法主要是改善炉内温度和碳势的均匀性，清洁工件表面。

这类缺陷可在比较缓和的渗碳气氛炉内重新渗碳，使其扩散均匀。

4、渗碳层脱碳：产生这种缺陷的主要原因是渗碳后期碳势降低太大，或是出炉冷速慢，零件在高温下与空气接触时间太长，或在重新加热时炉气保护不良等，防止办法采取相应措施，可以用补渗的办法补救。

5、网状碳化物：产生网状碳化物的主要原因是炉内碳势太高，或是渗碳后的冷却速度太慢。

可通过控制合适的碳势，或加大冷却速度来防止。

已有的网状碳化物可以通过正火处理来消除。

6、残余奥氏体量过多：钢中的合金元素较多碳浓度过高，淬火温度高时易产生多量残余奥氏体。

适当降低碳势和淬火温度可防止产生多量残余奥氏体。

采用长时间的较高温度回火可使残余奥氏体分解，也可以采用重新加热淬火及深冷处理等方法进行补救。

7、黑色组织：渗层中的黑色组织通常因升温期排气不足，晶界发生氧化而使合金元素贫化造成在淬火后出现驱氏体和贝氏体。

这种组织对零件性能有很坏的影响，而且是不可挽救的，应按上述因素采取预防措施。

8、芯部硬度偏高：1.降低淬火温度，但是降低淬火温度后注意可能有铁素体析出。

2.使用冷速慢的油,但有可能表面硬度不均,硬化层不均.3.降低油搅拌的速度,在油冷速慢的油温使用.淬火油甚至不搅拌.4.加大有效尺寸,比如把孔中加实心工装,增大热容量,降低冷速.5. 检测原材料的化学成分，是否有超标。

原始含碳两越高，心部硬度越高。

对于薄壁件,心部硬度降不下来,厚大的件,心部硬度提不上来.因此针对某种产品选择原材料的含碳量是最重要的.热处理只能在很小的范围内调节.。

2018年 第7期 热加工H热处理eatTreatment64为了提高曲轴的使用寿命，某些生产厂家曲轴材质选用渗碳钢，并对曲轴进行渗碳淬火处理。

本文涉及的曲轴技术要求如下：曲轴采用模锻成形，材质20C r ，渗碳层深度1～1.5m m ，表面碳浓度0.8%～0.9%，渗碳淬火后硬度55～60HRC 。

曲轴如图1所示，图中红色区域为工作面(该表面需进行渗碳淬火处理)。

原工艺采用渗碳后直接降温淬火。

检验过程中发现硬度在45～50HRC ，未达到要求。

在喷砂处理过程中，发现渗碳层局部剥落，表面存在裂纹等现象，如图2所示。

为查找曲轴硬度不足、渗碳层局部剥落、产生裂纹的原因，对其进行了金相组织观察，对渗碳淬火工艺进行了改进。

1. 曲轴渗碳淬火缺陷分析在渗碳层局部剥落位置取样（横截面），进行宏观形貌观察，发现局部几乎完全剥落的剥离裂纹，裂纹产生在渗碳层与基体过渡区域，如图3所示。

对曲轴进行金相组织观察，以判定裂纹产生的原因。

发现表面及近表面位置晶粒粗大，并存在大量残留奥氏体（见图4），这是曲轴硬度低以及产生裂纹的图1 曲轴示意图2 曲轴渗碳淬火后局部剥落图3渗碳层局部剥落（b ）400×图4 粗大马氏体+残留奥氏体（a ）100×曲轴渗碳淬火后的缺陷分析及工艺改进■ 张晓阳，齐永丰摘要：介绍了一种锻造镁合金轮毂机加工后热处理工艺。

该热处理工艺主要包括高低温交变热处理过程，采用该工艺可以有效地消除锻造镁合金轮毂机加工后的残余应力，防止因残余应力导致轮毂变形。

通过疲劳、材料试验数据，验证了采用该热处理工艺生产的镁合金轮毂满足可靠性要求。

关键词：镁合金轮毂；锻造；机加工；热处理扫码了解更多2018年 第7期热加工H热处理eatTreatment65主要原因之一。

渗碳后直接淬火不能细化钢的晶粒，表面残留奥氏体较多，硬度较低，表面应力较大，容易在喷砂后产生裂纹。

检测随炉渗碳试样金相组织，表面碳浓度达到1%～1.2%，超出标准范围。

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。

渗碳钢制轴承零件热处理技术条件1 范围本标准规定了渗碳钢制轴承零件热处理质量要求。

适用于渗碳钢制轴承零件热处理质量检验，对有特殊要求的轴承零件，应按产品图样核有关技术条件规定执行。

2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。

然而，鼓励根据本标准达成协议的各方，研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

JB/T.8881 渗碳钢滚动轴承零件热处理技术条件3 渗碳热处理质量要求3.1 渗碳质量要求3.1.1 退火质量要求轴承零件的锻件退火后，其硬度不大于229HB，即压痕直径不小于4.0mm，G20Cr2Ni4（A）制锻件硬度不大于241HB，即压痕直径不小于3.9mm，其显微组织和脱碳层深度不检查。

（2）、渗碳钢锻件热处理技术要求3.1.2 成品轴承零件及滚动体的有效硬化层深度按表1规定执行。

对于车加工后的产品渗碳层深度必须参照成品轴承套圈及滚动体的有效硬化层深度，结合车工图中规定的留量进行考虑，保证产品在磨削后硬化层深度达到标准要求。

3.1.4 粗大碳化物、网状碳化物及其允许深度碳化物的平均尺寸不小于6μ为粗大碳化物，粗大碳化物控制应力求少量、细小、分散，渗碳检验试样粗大碳化物、网状碳化物允许深度不允许超过单边留量的三分之二。

成品轴承零件工件表面残留的粗大碳化物应根据其大小、数量和分布，按JB/T8881的第一级别图评定，第1~2级为合格，对有效硬化层深度≥2.5mm的深层渗碳第3级也合格，成品轴承零件表面的网状碳化物应根据其碳化物网大小和封闭程度按JB/T8881的第二级别图评定，第1~3级为合格。

3.1.5 套圈、滚子和渗碳过程试样及成品表面含碳量规定套圈渗碳的过程试样，其表面渗碳层深度不大于0.4mm处，含碳量为1.2~1.45%，滚子渗碳的过程试样，其表面渗碳层深度不大于0.2mm处，含碳量为1.10~1.30%，其半成品套圈直径≤100mm和滚子检查每批一件，特殊情况下允许用试样代替。

D系列零件热处理渗碳产品缺陷分析与补救措施作者：张力芹刘光亮苗永顺来源：《科技风》2017年第05期摘要：结合热处理渗碳原理，对生产过程中出现的产品缺陷进行分析，进而对渗碳工艺进行完善和对产品缺陷进行补救。

关键词：碳化物；残余奥氏体组织；非马氏体组织；碳势热处理工段自正式生产以来，出现过渗碳产品热处理后的几种金相缺陷，本文通过对残余奥氏体、碳化物、非马氏体组织这三种金相指标等级超差缺陷产生的原因进行分析，结合实际生产现状，针对原因采取有效的补救措施，使渗碳产品热处理工艺和金相指标达到较理想的可控状态。

一、产品缺陷原因分析与补救措施（一）残余奥氏体超标分析与控制从齿轮服役条件上讲，适量的残余奥氏体，能提高渗层的韧度，接触疲劳强度，以及改善啮合条件，扩大接触面积，但残余奥氏体过量，常随着马氏体组织粗大，导致表层硬度下降，降低零件的耐磨性和耐疲劳强度，通常认为残余奥氏体量在30%体积分数以下是允许的。

按D16/D20系列渗碳齿轮金相检验标准规定残余奥氏体等级要求1～5级为合格状态，5级说明残余奥氏体含量在热处理工段生产过程中，出现过批量的输入轴、及季节性的L1.6/T1.4主减速齿轮残余奥氏超标，对引起残余奥氏体过量的原因分析：1）钢中合金元素多，如Cr、Mn、Ti、V、Mo、W、Ni等元素溶入奥氏中，增加了奥氏体的稳定性，促使淬火后残余奥氏体量增多。

2）渗层碳的质量分数过高即零件表层碳浓度高。

渗碳气氛碳势过高和渗碳温度偏高，使溶入奥氏体中的碳量增加，造成淬火后残余奥氏体量增多。

3）淬火温度偏高。

加热温度愈高，溶入奥氏体中的碳和合金元素也愈多，奥氏体的稳定性提高，残余奥氏体增多。

4）淬火油温度偏高，马氏体转变愈不充分，残余奥氏体量愈多。

经调查分析，对于输入轴和主减速齿轮残余奥氏体超差的情况，分别属于上述原因分析的第2条和第1、3条，为何有这样呢？主要因为：为保证输入轴返修后热变形量，在返修试验过程中，采取降低淬火温度的办法进行返修，但返修后金相结果出乎意料，残余奥氏体合格而碳化物等级超标，从而佐证了的上述原因第2条的分析。