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淬回火零件滲碳層深度的金相法測定 陳　靜,易　琨 (東風(fēng)汽車電氣公司,襄樊441021) 　 摘　要:金相法測定滲碳層深度請求試件必需為退火狀況。采用金相法對淬火+低溫回火狀態(tài)滲碳試件進(jìn)行了滲層深度的測定,并對其誤差作了對照剖析。試驗解釋,直接用金相法測定淬火+低溫回火狀況的化學(xué)熱處置試件滲層深度是可行性的。 要害詞:淬火和回火;滲層深度;金相法測定 1　引言 滲層深度的丈量有斷口法、顯微硬度法和金相法。斷口法僅實用于熱處置爐前檢討;顯微硬度法能直接反應(yīng)零件的力學(xué)性能,為滲層深度的仲裁辦法,并有相應(yīng)的國度尺度光學(xué)顯微鏡及行業(yè)尺度測量顯微鏡報價;金相法采用滲碳后緩冷試樣測定滲層,由于檢測效力較高且界限顯明而得到普遍應(yīng)用測量顯微鏡報價。目前滲碳層深度的測定若是仲裁和校核則采用顯微硬度法顯微鏡,一般生產(chǎn)把持廣泛采用金相法。我公司生產(chǎn)的汽車滲碳齒輪材質(zhì)為20CrMo鋼,采用氣體滲碳,滲碳后采用預(yù)冷直接淬火+低溫回火工藝,爐前檢測滲碳層深度采用斷口法,終極檢驗采取試件緩冷后的金相法。由于試件狀態(tài)與實際生產(chǎn)零件的不同,退火金相法測定的成果不能代表零件的終極使用狀態(tài),因此須要對預(yù)冷直接淬火+低溫回火零件直接進(jìn)行滲層深度測量,但是目前對淬火+低溫回火零件滲碳層深度的測定尚無明白的辦法與界限論述。 2　淬回火件滲層深度金相法測量的可行性 目前國內(nèi)常用的滲碳鋼有20鋼、20Mn鋼、20Cr鋼、20CrMo鋼和20CrMnTi鋼等,其含碳量均在低碳鋼(或低碳合金鋼)范疇。低碳鋼與合金鋼滲碳時的重要差別在于低碳鋼比合金鋼滲層中的碳濃度要低,其組織和硬度略有不同,但對滲碳層深度測量無影響。由于滲碳層具有變更的碳濃度,其由表及里逐漸減小,退火狀況的滲碳層由表及里由以下三個區(qū)域組成顯微鏡:①過共析層　組織為珠光體+二次滲碳體;②共析層　組織為珠光體;③亞共析滲碳層　過渡層,組織為珠光體+鐵素體。珠光體逐漸減少,鐵素體逐漸增添,直到心部原始組織(珠光體+鐵素體),滲碳緩冷試樣滲碳層界線為出現(xiàn)鐵素體組織,較輕易區(qū)分。滲碳零件采用滲碳預(yù)冷直接淬、回火工藝的一般工藝曲線如下顯微鏡。 圖1　滲碳預(yù)冷直接淬、回火工藝由于零件自滲碳溫度預(yù)冷至略高于心部Ar3溫度履行淬火,而此時溫度也高于滲碳層各區(qū)域Ar3溫度,按含碳量高下分區(qū),淬火后零件表層組織為針狀淬火馬氏體+殘余奧氏體+顆粒狀碳化物,中間層為隱針馬氏體組織,里層為隱針馬氏體+低碳馬氏體+托氏體組織,心部組織為低碳馬氏體。低溫回火后實際零件應(yīng)由以下三個區(qū)域組成: ①過共析層　含碳量為0.8%～1.0%,組織為針狀回火馬氏體+殘余奧氏體+顆粒狀碳化物; ②共析層　含碳量為0.5%～0.8%,組織為隱針馬氏體; ③亞共析滲碳層(過渡層)　含碳量為0.15%～0.5%,組織為隱針馬氏體+低碳馬氏體;隱針馬氏體逐漸減少,低碳馬氏體逐漸增長。 3　淬回火件金相法測滲碳層組織界限探討 要對滲碳淬火+低溫回火零件直接進(jìn)行滲碳層深度的測量,必需先找出滲碳層的三個區(qū)域界限。圖2至圖4(圖中虛線為開端界限,實線為停止界線)是同一零件經(jīng)滲碳淬火低溫回火的滲碳層由外及里的組織照片,可以看出組織具有輕易辨別的界限。金相法檢驗滲碳層深度的理論,是樹立在滲碳層組織的變更及其區(qū)分上的。而含碳量在0.2%～0.3%之間淬火形成的重要是板條狀馬氏體,含碳量在0.6%～0.8%之間淬火形成的主要是針狀馬氏體顯微鏡。若用淬火低溫回火試樣直接測量滲碳層深度,理論上以組織涌現(xiàn)低碳馬氏體作為判定界限。 圖2　過共析層組織(針狀回火馬氏體+殘余奧氏體+顆粒狀碳化物)　180× 圖3　共析層組織(隱針馬氏體)　180× 圖4　過渡層組織(隱針馬氏體+低碳馬氏體)　180× 由以上滲碳熱處置組織探討及相應(yīng)的組織圖片剖析,以為滲碳預(yù)冷淬火回火零件直接進(jìn)行滲碳深度的測量是可行的,其界限辨別可以根據(jù)低碳馬氏體的涌現(xiàn)來判定。 4　滲碳層深度測量及評定 用金相法進(jìn)行滲碳層深度的丈量,重要就在于滲層深度界限的規(guī)定,現(xiàn)以低碳馬氏體的出現(xiàn)作為根據(jù),其界限見圖5a～d,測量操作及界限分辯規(guī)定如下。 （a） （b） （c） （d）圖5　過渡層組織及界限　200× (1)制樣方式　金相試樣按一般方式制樣,采用4%的硝酸酒精溶液侵蝕,侵蝕時光4～10s,夏天取下限,冬天取上限;試樣侵蝕后立即用水沖刷,快速用脫脂棉蘸酒精輕輕擦拭磨面后吹干。 (2)界限規(guī)定　在光學(xué)顯微鏡下判定界限時,以呈現(xiàn)發(fā)亮的板條狀馬氏體為界限。 (3)滲層深度測量時混雜組織的判別如下: 碳化物:一般在零件邊沿涌現(xiàn),光學(xué)[7]下呈白亮色的棱角塊狀,有時呈網(wǎng)狀散布,在零件尖角處更多;顯微硬度高。鐵素體:一般在零件中間部位呈現(xiàn),[5]下呈白亮色的塊狀,一般不呈網(wǎng)狀散布,亮度較碳化物弱一些,顯微硬度低。有碳化物出現(xiàn)的區(qū)域不會有鐵素體存在。殘余奧氏體:一般在零件邊沿隨碳化物、針狀或隱針馬氏體呈現(xiàn),光學(xué)顯微鏡下呈亮色,亮度較鐵素體更弱一些,充填針狀馬氏體針葉之間的空隙。按以上方法對滲碳層深度進(jìn)行測量,并對同一狀態(tài)、同一視察部位的試樣采用顯微硬度法進(jìn)行對照測量,對近兩年來的滲碳深度請求為0.2～014mm,0.4～0.8mm,0.7～1.0mm和0.9～115mm的滲碳件進(jìn)行了多次反復(fù)測量,滲層深度的測量成果均值比較見表1?？梢钥闯?采用直接金相法測量滲碳層深度的誤差一般<5%,只在滲層深度<0.3mm時誤差較大,采用退火試樣金相法測量滲碳層深度的一般誤差為5%。 5　闡明 本方法實用于合金鋼或低碳鋼的滲碳、碳氮共滲零件,滲氮層深度測定亦可參照應(yīng)用,只是滲氮層表面多了一層白亮層。由于合金鋼與低碳鋼滲碳后組織在光學(xué)顯微鏡下極其類似,劃界方式雷同。界限判定推舉放大倍數(shù)為100倍,也可在其它≤400的放大倍數(shù)下進(jìn)行。放大倍數(shù)太高,組織粗化、明度削弱,不利于界線的斷定。在有顯微硬度計的場所,可以以本辦法作為日常測定,把握有艱苦時采用顯微硬度法作為仲裁測定。對于不同滲碳鋼界限的三種規(guī)定與退火試樣金相法檢測時界限的三種規(guī)定一致,即①合金滲碳鋼　以過共析、共析和過渡層三者之和作為滲碳層深度。②碳素滲碳鋼　以過共析、共析和過渡層的1/2三者之和作為滲碳層深度。③含鉻的滲碳鋼　以過共析、共析和過渡層的2/3三者之和作為滲碳層深度。 6　結(jié)論 采取淬火+低溫回火試樣的直接金相法可以丈量≥0.3mm滲碳層深度,其誤差<5%,完整能夠滿足一般生產(chǎn)須要。測量<0.3mm滲碳層深度時誤差較大,應(yīng)謹(jǐn)嚴(yán)應(yīng)用。采取直接金相法(淬火回火試樣)測量滲碳層深度,可以在同一個試樣上察看零件淬火回火金相組織和測量滲碳層深度,進(jìn)步了試驗效力，[6]。本方法可以對實際零件直接進(jìn)行滲碳層深度的測量,在對零部件進(jìn)行失效剖析時十分便利。相干儀器:
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