· 目的:确保渗碳层厚度满足设计要求(如齿轮、轴承等零件的表面硬化需求)。
· 检测方法:
o 显微硬度法(最常用):从表面至心部测量硬度梯度,以硬度降至基体硬度 + 30HV 处为有效硬化层深度(如 GB/T 9450 标准)。
o 金相法:观察渗碳层显微组织(如过共析层、共析层、过渡层),结合腐蚀剂(如 4% 硝酸酒精)显示渗碳层边界。
o 化学分析法:通过剥层分析碳含量分布,适用于科研或高精度检测。
· 关键指标:表面碳浓度通常控制在 0.8%~1.2%(质量分数),过高易形成网状碳化物,过低则硬度不足。
· 检验要点:
o 过共析层:碳浓度接近共析成分(约 0.85%~1.05%),组织为细片状珠光体 + 少量粒状碳化物。
o 共析层:碳浓度约 0.77%,组织为细珠光体。
o 过渡层:碳浓度逐渐降低至基体含量,组织为珠光体 + 铁素体(依基材碳含量而定)。
· 工具:通过金相法观察碳化物形态,或使用电子探针(EPMA)精确分析碳浓度梯度。
· 表面层组织:
o 理想状态:细小粒状碳化物均匀分布在珠光体基体中,无连续网状或块状碳化物。
o 常见缺陷:
§ 网状碳化物:渗碳温度过高或保温时间过长,导致碳化物沿晶界析出,淬火时易引发裂纹。
§ 碳化物聚集:局部碳浓度过高,形成粗大碳化物颗粒,降低韧性。
· 心部组织:
o 对于低碳钢(如 20 钢、20Cr),心部应为铁素体 + 珠光体,铁素体含量需符合标准(如 GB/T 5617 规定),避免过热导致铁素体粗大或珠光体异常。
o 对于合金渗碳钢(如 20CrMnTi),心部可能出现贝氏体或低碳马氏体(取决于冷却速度),需控制其比例以保证强韧性。
· 成因:渗碳过程中若炉气含氧量过高,可能导致表层合金元素氧化(如内氧化),形成托氏体等非马氏体组织。
· 危害:NMO 会降低表面硬度和疲劳强度,通常要求其深度≤0.02mm(具体依零件服役条件而定)。
· 检验方法:采用金相法,经硝酸酒精腐蚀后观察表层是否存在黑色组织(托氏体)。
缺陷类型 | 成因分析 | 解决措施 |
渗碳层深度不足 | 渗碳温度低、时间短;炉气碳势不足 | 提高渗碳温度 / 时间,优化碳势控制 |
网状碳化物严重 | 渗碳温度过高或碳势过高,冷却速度过慢 | 降低渗碳温度 / 碳势,采用快冷(如预冷淬火) |
心部铁素体过多 | 基材碳含量过低,渗碳后冷却速度过慢 | 选择合适钢材,加快冷却(如鼓风冷却) |
非马氏体组织超标 | 炉内气氛含氧量高,渗碳前工件未清洗 | 严控炉气纯度,工件脱脂去锈 |
1. 工艺验证:确认渗碳工艺参数(温度、时间、碳势)是否合理,为批量生产提供数据支撑。
2. 缺陷预防:通过淬火前检验提前发现组织异常(如碳化物超标),避免淬火后报废(如裂纹、硬度不均)。
3. 质量追溯:为产品性能(如耐磨性、疲劳寿命)提供金相依据,满足客户或标准要求(如 ISO 2624、AISI 2300 等)。
· 国家标准:GB/T 9450(有效硬化层深度)、GB/T 25744(渗碳件显微组织)、JB/T 6141.3(渗碳层碳化物评级)。
· 工具设备:金相显微镜(500× 以上)、显微硬度计、碳硫分析仪、电子探针等。
渗碳层淬火前的组织检验是连接渗碳与淬火工艺的 “质量枢纽”,需从深度、碳浓度、显微组织三方面系统评估,重点关注碳化物形态、心部组织均匀性及非马氏体缺陷。通过精准检验与工艺调整,可确保淬火后获得理想的 “表面高硬度 + 心部强韧性” 复合性能,提升工件服役可靠性。
