渗氮层、淬硬层、有效硬化层的硬度和厚度测试简介

渗氮层、淬硬层、有效硬化层的硬度和厚度测试简介 一、钢铁零件渗氮(氮化）后的硬度及厚度检测方法：
随着工业的发展，渗氮处理被更多的应用到各行各业，对渗氮处理的检测要求也日益提高。下面为您简单阐述钢铁零件渗氮处理后的硬度及厚度检测。
渗氮（气体渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、辉光离子氮化）零件的主要技术要求是有效渗氮层深度，表面硬度和局部硬度。某些零件还有渗氮层脆性等级评定要求，完成以上要求，都需显微维氏硬度检测进行测定。
渗氮层从金相组织划分，包括从最外层化合物层（白亮层）到扩散层与基体组织明显分界处为止的深度。显微维氏硬度检测，依据从工件表面测至与基体有明显界定硬度值处的垂直距离。
渗氮层深度以字母DN表示。
渗氮层深度硬度检测方法：
1、试样的准备
a、试样应从渗氮零件上切取，如工件不能破坏，也可用与零件相同材料和相同处理工艺的小试样切取后检测。
b、试样切取时要注意，应垂直渗氮层表面取样（详见金相试样取样方法），取样后进行必要的磨抛处理，在磨抛过程中应注意冷却，不能使工件过热，边缘不要出现倒角等。
c、检查渗氮层脆性的试样，表面粗糙度要求>Ra0.25-0.63um，但不允许把表面化合物层磨掉。
2、检测
a、根据国标规定，一般选用显微硬度计，检测力通常选用0.3--1KG，从试样表面测至比基体维氏硬度值高50HV处的垂直距离为渗氮层厚度。（通常采用梯式硬度测法，即从试样表面开始，每间隔一定距离打一点
b、基体硬度的取点与测定，一般在3倍左右渗氮层深度的距离处测得的硬度值(至少取3点，平均值)做为基体硬度值。
c、对于渗氮层硬度变化很平缓的钢种，（如碳钢、低碳合金钢制件），其渗氮层深度可以从试样表面沿垂直方向测至比基体维氏硬度高30HV处。
d、当渗氮层深度有的特别浅，有的则较深时，检测力可以在0.2KG范围内选择(并注明，如HV0.2)
e、结果的表示，渗氮层深度用字母DN表示，深度以毫米计，取小数点后两位。（如：0.35DN300HV0.3，表示渗氮层厚度为0.35mm，界限硬度值为300HV，检测力为0.3KG）。
f、一般零件推荐的最小有效渗氮层深度（DN）及上偏差表
单位/mm

有效渗氮层深度DN
上偏差
有效渗氮层深度DN
上偏差

0.05
0.02
0.35
0.15

0.1
0.05
0.4
0.2

0.15
0.05
0.5
0.25

0.2
0.1
0.6
0.3

0.25
0.1
0.65
0.3

0.3
0.1
0.75
0.3


3、总渗氮层深度
是指氮渗入的总深度，一般是指从表面测量到与基体硬度或组织有明显差别处的垂直距离，单位为mm，包括化合物层和全部扩散层。当零件

以化合物层厚度替代DN要求时，应特别说明。厚度要求随零件服役条件不同而变
4、化合物层厚度
化合物层主要是Fe3N及少量Fe4N和Fe3C相所组成，化合物层硬度较高，提高了零件耐磨性和抗蚀性能。
一般零件推荐的化合物层厚度及公差表（单位/mm）

化合物层厚度
上偏差
化合物层厚度
上偏差

0.005
0.003
0.012
0.006

0.008
0.004
0.015
0.008

0.010
0.005
0.024
0.012


5、渗氮层脆性检验
a、渗氮层脆性级别按维氏硬度压痕边缘碎裂程度分为5级

级别
渗氮层脆性级别说明

1
压痕边角完整无缺

2
压痕一边或一角碎裂

3
压痕二边或二角碎裂

4
压痕三边或三角碎裂

5
压痕四边或四角碎裂


b、渗氮层脆性检验一般采用维氏硬度计，试验力10公斤，试验力的加载必须缓慢（在5-9S内完成），试验力加载完成后必须停留5-10S，然后卸载试验力，特殊情况也可采用5KG或者30KG试验力。
c、维氏硬度压痕在显微放大100倍下进行检查，每件至少测3点，其中两点以上处于相同级别时，才能定级。否则需重新检验。
d、渗氮层脆性应在零件工作部位或随炉试样的表面上检测，一般零件为1-3级为合格，重要零件1-2级为合格，对于渗氮后留有磨痕的零件，也可在磨去加工余量后的表面上进行测定
e、经气体渗氮后的零件，必须进行检验。
二、钢铁件渗碳/碳氮共渗淬火硬化层深度（厚度）检测：
淬硬层深度（渗碳淬火硬化层）：从零件表面到维氏硬度值为550HV1处的垂直距离。
适用范围：
本检测方法适用于渗碳和碳氮共渗硬化层；并经热处理后，距离表面3倍于淬火硬化层深度处，硬度值小于450HV的零件。对于距离表面3倍于淬火硬化层深度处硬度值高于450HV的钢件，本测定方式也适用，前提条件是选择硬度值大于550HV（以25HV为一级）的某一特定值作为界限硬度。
表示方法：
淬硬层深度用CHD表示，单位为mm。如CHD=0.5mm。
测定维氏硬度值采用试验力为9.807N（1kgf）。特殊情况可选用4.903N-9.807N，即硬度界限值可使用550HV1以外的其他值。
深度测定：
1、试样的制作：一般在最终热处理后的工件上垂直取样，并进行必要的研磨抛光（请参考金相试样的制作）。在样件的横截面上进行测定。特殊情况可采用随炉试样。
2、测定方法：在宽度（W）为1.5mm范围内（即测试区域的宽度），在与零件表面垂直的一条或多条平行线上测定维氏硬度（一般采用两条）。每两相邻压痕中心的距离（S）应不小于压痕对角线的2.5倍，按直线方式进行逐点打压测试。逐次相邻压痕中心至零件表面的距离差值（即a2-a1），不应该超过0.1mm

。测量压痕中心至零件表面的距离精度应在±0.25um的范围内，而每个硬度压痕对角线的测量精度应在±0.5um以内。试验力一般采用HV0.1--HV1获得维氏硬度压痕，并采用400X以上放大倍数。
3、深度确定：根据测试的两条(或多条)压痕走线，确定每条压痕走线硬度值为550HV处至零件表面的距离，如果两条线数值的差小于或等于0.1mm，则取它们的平均值做为淬硬层的深度。如果差值大于0.1mm，则应重新试验。
淬硬层深度的校核：
在深度大概确定的情况下，可采用内插法校核（在淬硬层深度基准硬度附近的过渡区，硬度梯度近似直线变化）。在零件的垂直截面上，距零件表面d1和d2的位置各打5点（建议平行工件表面取点成线），而且d1和d2分别小于和大于确定的淬硬层深度(即以确定的硬化层深度为基线，d1靠近零件表面淬硬层方向，d2靠近零件基体方向)（d2-d1）的值不应超过0.3mm。
硬化层深度 CHD=d1+ （d2-d1）X（H1-H3）/（H1-H2）
d1：小于硬化层深度（单位mm）
d2：大于硬化层深度（单位mm）
H3：规定的硬度值
H1:d1处的平均硬度值
H2：d2处的平均硬度值
备注：使用内插法时，最好检查紧靠表层下面区域的硬度，如果次表面的残留奥氏体过多，这一区域的硬度可能低于550HV的极限硬度值。
三、钢铁零件表面淬火后的硬度及淬火厚度（深度）检测方法：
有效硬化层深度（DS）：是指从零件表面到维氏硬度等于极限硬度那一层之间的距离。
极限硬度（HVHL）：是指零件表面所要求的最低硬度（HVMS）乘以系数，通常HV1试验力系数可以选用0.8，也可以选用0.9或者更高（如零件表面硬度320HV，那么极限硬度=320X0.8=256HV）。
1、试验力的选择
通常选用显微维氏硬度计，试验力通常选用HV1(9.807N),也可选用4.9N-49N范围内。
2、 检测
a、检测应在规定试样表面的一个或者多个区域内进行，并在图纸上注明。
b、检测试样的制备：
应在垂直淬硬面切取试样，切断面作为检测面。检测面应做好磨抛处理，使其达到光洁如镜。在切割、磨抛过程中要注意避免工件过热、变形、出现倒角等。详见技术文章栏目内的《金相试样制备流程》，这里不做过多阐述。
c、硬度检测：
硬度压痕应当打在垂直于表面的一条或多条平行线上，而且宽度为1.5mm区域内，最靠近表面的压痕中心与表面的距离为0.15mm，从表面到各逐次压痕中心的距离应每次增加0.1mm。当表面硬化层深度大时，各压痕中心的距离可以大一些，但在接近极限硬度区域附近，仍应保持压痕中心之间的距离为0.1mm。
d、测量结果：
用垂直表面横截面上的硬度变化曲线来确定有效硬化层深

度。由绘制的硬度变化曲线，确定从零件表面到硬度值等于极限硬度的距离，这个距离就是感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度。
备注：
一个区域内有多条硬度变化曲线时，应取各曲线测得的硬化层深度平均值，作为有效硬化层深度。有效硬化层深度用字母DS表示，深度单位为mm，例如硬化层深度0.5mm可以写成DS0.5。