渗碳金相检验技术17-18

③用于含碳量大于0.60%的材料。渗层略有齿状或波浪状，峰谷不明 显。测量时取5出较深层的平均值。h=(h1+h2+h3+h4+h5)/5
2013-7-18
§5 钢的渗硼层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
3.渗硼层硬度的测定
按GB9790，实验力1.0N，在制备好的试样横截面
化学热处理
将零件与化学物质接触，在高温下使有关 元素进入零件表面的过程。
如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。
零件表面处理后的金相检验就是对改变了的表层组 织进行检查，以便按照相关的技术条件进行评定， 以保证表面处理后的零件质量。 试样的制备与其它金相试样制备大致相似，用于 检验的是表面与深度测定边缘不能有倒角，需镶嵌， 一般横向取样选有代表性区域。
2013-7-18
§2 钢的渗碳层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
2013-7-18
1．渗碳后缓冷状态的组织
20钢渗碳退火组织
§2 钢的渗碳层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
1．渗碳后缓冷状态的组织
渗碳缓冷的组织由三部分组成。 第一层：过共析层；
钢的渗氮层检验
三、渗氮层组织评定和深度测定
1．试样要求：和工件同条件，不允许出现过热、倒角和剥 落现象。不允许把化合物层磨掉。 测脆性的试样表面粗糙度为Ra＞
0.25～0.63μ m(1200#砂纸)。
2．主要检验内容有：渗氮层深度，脆性、疏松和脉状氮化 物。 3．原始组织：工件工作表面不允许出现脱碳和粗大回火S， 调质后组织为细针S回。
表面处理技术种类
1．热加工方法 2．电化学方法
如电镀、阳极氧化等
如化学热处理、热浸镀、热喷镀等
3．化学方法
如电化学镀、钝化膜、磷化等
4. 高真空方法
如真空蒸发镀、溅射镀、离子镀等
5. 其他物理方法
如冲击镀、涂装等
2013-7-18
§1 概述
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
组织： ①碳化物检验：400×，齿 角； M+A’
②M及A’的检验：400×，截 圆处，根部；
③心部F的检验。
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§3 钢的碳氮共渗层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
碳氮共渗
碳和氮两种元素同时渗入金属零件表面的工艺。
根据温度可分为低温、中温、高温三种碳氮共渗方法
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§3 钢的碳氮共渗层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
2．淬火回火后的组织
表层组织为含N的 回火M(N)。有时表 层存在一定量的碳 氮化合物，呈块状、 小条状属正常组织。 心部组织为板条 M或M+少量F。
M(N) K
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20CrMnTi碳氮共渗M(N)+K+A'
组织为片状珠光体及网状渗碳体。
第二层：共析层；
组织为片状珠光体。
第三层：亚共析层。
组织为片状珠光体及铁素体，铁素体数量 愈来愈多至心部。
缓冷条件下，最外层出现网状渗碳体属正常现象，但淬火 后应被消除掉。
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§2 钢的渗碳层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
渗碳层
M
M回
2013-7-18
硬度法为仲裁法。
2013-7-18
§4
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
钢的渗氮层检验
三、渗氮层组织评定和深度测定
5．渗氮层脆性检验：根据压痕边角碎裂程度分为5级。
用维氏硬度计，实验力98.07N（10kgf），缓慢加载（98s内完成），保荷5～ 10s后卸载。特殊情况用49.03N（5kgf）、294.21 N（30kgf）,但需要换算。见表
500～600℃之间为低温碳氮共渗。以渗氮为主，碳的 渗入极微，即软氮化。
760～860℃之间为中温碳氮共渗。
900～950℃之间为高温碳氮共渗。以渗碳为主，氮的 渗入量极微小，称为渗碳处理。
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§3 钢的碳氮共渗层检验
1. 碳氮共渗层缓冷后的组织
第 九 第一层为几微米厚的富氮层，即白亮的ε 相，较厚时易剥落。 章 零 第二层为过共析层、共析层，组织为P/P+Fe3C，并固溶一定的氮。 件 第三层为过渡层，组织为片状P+F。 表 面 观察方向 处 理 后 的 金 相 分 析
上选择致密无疏松的位置进行测量。显微硬度范围：
FeB 1800～2300HV；Fe2B为1300～1500HV。
2013-7-18
2．渗碳层深度的测定
等温淬火法
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析 如18Cr2Ni4W属马氏体钢，850℃加热后在280℃等温，数分钟后水冷， 含碳量＞0.3%的区域形成M，而近于0.3%的区域MS点高形成回火马氏体， 试样浸蚀形成白色区域和黑区的界线。
钢的渗氮层检验
S
2．渗氮层组织
氮化层由化合物层（白亮层）和氮扩散层组成， 两者之和为氮化层深度。 第一层为ε 相（Fe2N）； 第二层为扩散层，γ ’（Fe4N）
和高弥散的氮化物质点（AlN、CrN、 MoN等）；
心部组织为回火S。
38CrMoAl钢渗氮层组织
2013-7-18
§4
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
§3 钢的碳氮共渗层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
3．碳氮共渗层深度的测定
①金相法：三层之和，由表面一直测到与心部组织明显交 界处。 ②硬度法：当深度大于0.3mm时，与渗碳件相同；当深度 小于0.3mm时，采用300g载荷。
2013-7-18
§4
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
钢的渗氮层检验
二、低温氮碳共渗层组织
它以渗氮为主，碳的渗入极微。显著提高工件的耐磨性、抗咬组成。 白亮化合物层的最表层存 在一层黑色点状微孔疏松 区
45钢调质软氮化观察化合物疏松
2013-7-18
§4
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
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§5 钢的渗硼层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
层深要求0.1～0.2mm，由于硼化物呈锯齿形，JB/T7709-95 标准在金相法中规定了3种测定方法。
①用于含碳量小于0.35%的材料。由于峰和谷相差大，视场中测5个谷 的深度取平均值。h=(谷1+ 谷2+谷3+谷4+谷5)/5 ②用于含碳量0.35～0.60%的材料。渗层为指状，渗层明显。测量时 取5组峰谷，分别测量峰和谷的深度，两者平均后再用5组平均值。 h=[(峰1+谷1)/2+ ……+ (峰5+谷5)/2] /5
目录
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
2013-7-18
第九章 零件表面处理后的金相分析
§1概述 §2钢的渗碳层检验 §3钢的碳氮共渗层检验 §4钢的渗氮层检验 §5钢的渗硼层检验 基本内容 基本内容 基本内容 重点与难点 基本内容
§1 概述
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
2．渗碳层深度的测定
b.显微硬度法（淬火、回火件）
有效硬化层深度：由表面向里测到550HV处的垂直距离。
有效硬化层用DC表示。适合于有效硬化层＞0.3mm的工件； 基体硬度＜450HV的工件；基体硬度为有效硬化层3倍处，如 硬化层为1mm，基体硬度位置3mm；基体硬度＞450HV时，需 协商后，在575HV界限硬度值上。
有争议时显微硬度法为仲裁法。
2013-7-18
§2 钢的渗碳层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
3．渗碳层零件的检验
以汽车渗碳齿轮为例
材料：20CrMnTi表层渗碳量0.8-1.0%,取样检验部位齿顶、 工作面。 K 硬度：表面淬火回火后，为58-62HRC，心部硬度35-45HRC。
控制F数量体积分数＜15%,重要工件F含量＜5%。
2013-7-18
§4
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
钢的渗氮层检验
三、渗氮层组织评定和深度测定
4．渗氮层深度的测定方法：金相法和显微硬度法。
①硬度法（GB/T 11354-89）：采用2.94N（0.3kgf）载荷， 从试样表面测至50HV处的垂直距离为渗氮层深度。基体硬度要
实验力N（kgf） 49.03(5)
98.07(10) 294.21(30)
压痕级别换算 1
1 2
2
2 3
3
3 4
4
4 5
4
5 5
压痕在100×下进行检验，每件至少测三点，其中两处以上处于相同级 别时才能定级，否则重复测定。一般工件1～3级合格，重要工件1～2级 合格。
2013-7-18
§4
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
2．渗碳层深度的测定
方法有：剥层化学分析法、断口法、金相法、 显微硬度法。 金相法：
①从试样表面测到过渡层之后为渗层深度，即过共析 层+共析层+过渡层。
②过共析层+共析层+½过渡层之和为渗层深度。
③等温淬火法。
2013-7-18
§2 钢的渗碳层检验
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
钢的渗氮层检验
三、渗氮层组织评定和深度测定
6．渗氮层疏松检验：按表面化合物层内微孔的形状、数量、 密集程度分为5级。
在500×下选严重部位，和标准比较，一般1～3级合格，重要件1～2 级合格。
7．渗氮扩散层中氮化物检验：根据氮化物的形状、数量、 分布分5级，放大500×，取组织最差的部位。
一般件1～3级合格，重要件1～2级合格，气体渗氮或离子渗氮，必须进 行检验。
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
1.渗层组织
由FeB和Fe2B双相组成，也可以由Fe2B单相组成，呈指状或 齿状插入金属基体，齿间或指间为（Fe、M）XCY相。
用三钾试剂可以区分FeB和Fe2B，FeB呈棕褐色，Fe2B被染成浅黄色， 基体不变。 黄色为硼化物（FeB、 Fe2B ） 层 ， Fe2B“ 指 间”和“指尖”析出 的针状碳化物为浅黄 色 为 Fe3(CB) 化 合 物 ， 内部蓝色基体为珠光 体。
2013-7-18
§5 钢的渗硼层检验
将硼元素渗入钢表面的化学热处理称为渗硼。
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析
工件渗硼后的组织由表及里依次分为FeB-Fe2B-过渡区-基体 组织，即由硼化物层，过渡层和基体组织三部分组成。
2013-7-18
20钢渗硼
T8钢渗硼
§5 钢的渗硼层检验
在渗氮层深度距离三倍左右处所测得的硬度值（取三点平均）。对渗氮层硬度变化很平 缓的工件（碳钢或者低碳低合金钢），其渗氮层可以沿试样表面垂直方向测至比基体硬 度值高30HV处。渗氮层深度用DN表示，单位mm，取小数点后两位。
②金相法：放大100×或200×。从试样表面沿垂直方向测 至与基体组织有明显分界处即为渗层深度。
钢的渗氮层检验
一、气体渗氮层显微组织
1．平衡组织
氮固溶于铁中形成多种间隙式固溶体 ①α 相：含氮的铁素体 ②γ 相：含氮的奥氏体 ③γ ’相化合物相 ④ε 相化合物相 ⑤η 相化合物：是ε 相的变体。
2013-7-18
晶格畸变更加厉害，脆性大，使零件表面不允许出现的相。
§4
第 九 章 零 件 表 面 处 理 后 的 金 相 分 析