AS1982硬化层深度测量方法

AS 1982-1993
澳大利亚标准
钢材表面硬化层深度测量方法
目录
1.范围
2.参考文件
3.定义
4.方法原理
5.试块制备
6.试验方法
7.试验报告
附件
A 对打磨和抛光的建议
B 蚀刻试剂
1.范围
该标准规定了钢材制品通过渗碳、渗氮、碳氮共渗或氰化热处理工艺表面硬化达到3mm 的硬化深度的测量方法。

2.参考文件
该标准参考了如下文件：
AS
1050 铁和钢的分析方法
1050.2 第二部分：碳含量的确定（比重测定法）
1050.32 第32部分：碳含量的测定（红外线测定法）
1817 金属材料－维氏硬度测量
2243 实验室安全
2243.2 第二部分：化学方面
ASTM
E384 材料的微观硬度实验法
E415 碳钢和低合金钢的光学发射真空光谱分析法
3.定义
针对该标准，定义如下：
3.1.硬化层：从钢材外部扩散到钢材中的碳、氮或碳和氮的作用导致的不同化学成分的表层。

3.2.核心：由硬化层整体或部分包围的并且在硬化过程中化学元素保持不变的钢材部分。

3.3.有效硬化层深度：沿着原始表面的一普通条线测得的到首次等同于规定硬度的点的距
离。

3.4.试块：通过机械加工手段从从试样上取得的经过制备用于试验的料块。

3.5.样件：通过选样工序从一个批次或委托中选取的材料的一部分或是多个项目的组群。

3.6.试样：用于特定试验的从样件中选取的材料的一部分或单个项目。

3.7.总硬化层深度：沿着硬化或非硬化层的原始表面的一条普通线测得的到硬化层和核心
的化学或无理性能不再有区别的点的距离。

注：硬化层深度通常取有效硬化层深度。

4.方法原理：
钢材表层碳或氮或者是二者都有增加的情况改变了表层的化学成分、微观结构和机械性
能。

采用硬度、微观、宏观、化学和能谱的方法来测量硬化层的深度。

5.试块制备
5.1.总则
试块的条件应满足相关产品规范的规定。

当对试验产品进行选样时，有必要考虑不规则产品构造会影响硬化深度的一致性。

试块应是其所代表产品的相同材质和截面区域并且接受完全相同的热处理。

如果条件允许，试块应该是从实物上切取。

5.2.表面条件
试块应能够承受试验的条件，并且，如果有必要，可以在分解检验前在不去除任何钢材表面前采用适当的方法清除氧化皮。

5.3.试块加工
5.3.1.硬度横切试验前
用于横切试验的试块的加工可以是正常位置、有一定角度或阶梯平行原始表面，如下：
a)用于横截面的试块
要求是横截面试块时，它们应该是打磨或加工原始表面（见图1（a））。

注：对于总硬化层深度低于0.25mm的地方不推荐对原始表面采用加工或打磨
的方法制备试块。

b)对于锥度试块
圆柱或矩形截面要求锥度试块时，它们应该是打磨或加工来在表层制造一个持
续浅化的锥形（见图1（b））。

选择的角度应该保证等距离的硬度读取值能够
代表表面以下硬度预期的增加。

角度应同样保证从核心开始至少有三个硬度值
增加。

c)对于阶梯打磨试块
要求阶梯打磨程序时，在原始表面下的预定层面打磨平台（见图1（c））。

这些
平台应有足够的区域来允许几个硬度的读取。

打磨足够数量的平台，要有不少
于2个平台代表核心的硬度。

打磨过程中要小心，防止产生的热量导致试块的软化（见条款5.4）。

5.3.2.微观试验前
微观试验前要加工的试块应按照表面正常切割。

横截面达到15mm（近似或等于）的试块应进行金相固定。

从产品上切割的试块应包括一个长度至少15mm的表面用于检验。

拐角或较小的半径不用于判定。

注：试块应固定进行金相检验，因为是所有操作的基本，所以打磨或抛光过程中应小心操作防止边缘钝化。

a.横截面方法试块
b．锥形截面法试块
c．阶梯打磨法试块
图1. 横截硬度试验法硬化层深度测量试块的准备
5.3.3.化学试验前
化学试验前仅可对有特定几何形状的产品进行加工，如正方形或圆柱形试块。

为了防止污染，试块应干燥加工，避免氧化和油脂。

0.1mm厚平行于表面的连续层应加工并且对每层加工后收集金属。

注：如果试块过硬不适合加工，可以通过在中性环境中进行回火软化，如在氩气或氮气或盐浴池中。

5.3.4.能谱试验前
能谱试验前对试块的加工仅适用于带有足够尺寸平面的产品。

试样准备的一般要求间ASTM E415。

试块应打磨平行于表面，这样试验可以在连续的暴露层面上以深度递增0.1mm来进行。

5.4.软化试验
任何出现局部软化的加工的试块可以通过在浓度5％（V/V）的硝酸溶液中浸泡直到完全变黑为止来进行确认。

在热水中进行清洗后在浓度50％（V/V）的盐酸中浸泡2到3秒后重新在热水中进行清洗然后在空气中吹干。

马氏体区域出现的变暗区域显示是发生了软化。

为了消除这些区域，有必要对表面重新进行细心的打磨，然后重复每个试验程序。

6.试验方法
6.1.横截硬度试验
6.1.1.范围
横截硬度试验适用于测量有效硬化层深度和总硬化层深度。

有效硬化层深度应该是500HV，产品规范中另有规定的情况除外。

6.1.2.设备
要求一台维氏硬度试验机（见AS1817）。

所有距离测量设备的精度应在±1％范围内。

6.1.3.程序
硬度横截试验应采用98N（HV10）或更小的力，按照AS1817要求，采用如下的一种试验方法：
a)横截面方法
i.对于一个原始平面的正常截面分解试块（见条款5.3.1（a）），在表面上1.5mm
宽带范围内的一条或几条平行线上提取一系列硬度读取值（见图2）。

表面与连续压痕间的距离应呈0.1mm的阶梯递增（例如，图2中的d2到
d1），第一个（d1）应该是表面下0.15mm。

当硬化层深度较大时，硬化金
属与核心间过渡区的压痕间的间距应仍保持0.1mm。

ii.距离测量，精确到±5％，从外表面到硬度压痕的中心。

应保证这些测量都是从表面的普通位置开始的。

对硬度值进行绘图。

iii.检验硬度试验结果，检验硬度偏差和相关的碳含量。

iv.通过每三个硬度横截面确定硬化层深度并报告平均结果。

注：为保证硬度读取值和距离测量的精确性，有必要对试验样件采用金相
法进行抛光和固定。

图2. 横截面方法的硬度压痕的位置
b)锥形截面方法
i.对于按照条件5.3.1（b）获得的锥形截面试块，从原始表面开始的试验面获得
一系列的硬度读取值。

ii.测量或计算原始表面下的一般硬度压痕的实际距离。

iii.检验硬度试验结果，检验硬度偏差和相关的碳含量。

iv.通过每三个硬度横截面确定硬化层深度并报告平均结果。

注：为了便于程序执行，在获取硬度和距离测量前可能有必要将试块金相
地固定和抛光。

c)阶梯打磨法
i.对于按照条款5.3.1（c）准备的试块，对每个阶梯读取几个硬度值。

ii.检验硬度试验结果，检验硬度变化和碳含量变化。

iii.确定硬化层深度。

6.2.微观试验
6.2.1.范围
微观试验仅适用于测量总硬化层深度。

它不适用于硬化层硬化处理后已经硬化的钢，因为硬化层和核心间没有明确的区分。

横截面小于400mm2的小型产品应该对原始表面的整个外围进行检验。

要从较大部件上多取几个试块来保证取样的代表性。

试块的数量和相关的位置应符合相关产品规范规定。

6.2.2.设备
要求具备如下设备：
a)试块固定设备，包括模具和填充材料。

b)金相抛光设备。

c)用于测量硬化层深度的适当倍数的金相显微镜。

显微镜应该通过与刻度千分之
直接比较来校准到±1％。

6.2.3.程序
微观试验按如下程序进行：
a)按照条款5.3.2制备每个试块。

b)将试块安装在模具上的平的滑块上，要测量的面向下。

添加固定材料，如丙烯
酸盐、环氧或酚醛树脂。

c)金相打磨和抛光固定的试块，表面不能有划痕。

注：附件A给出了固定的试块的打磨和抛光的建议。

d)最终抛光后，采用适当的试剂蚀刻试块来显示微观结构。

注：附件b列出了一般的蚀刻试剂和它们的化学成分。

e)检验试块，采用金相显微镜，调整到适当的倍数，检验微观结构的变化和碳含
量的改变。

从表面到结构与核心结构没有不同的点的距离为硬化层总深度。

常规从外表面
直接测量或通过校准的投射型显微镜或带有适当十字线千分之、可调游标或刻
度尺的接目镜测量。

注：选择的倍数取决于硬化层总深度，但通常都是采用100X倍的。

f)报告的深度应该是至少三个读取值的平均值。

6.3.宏观试验
6.3.1.范围
宏观试验用于总硬化层深度大于0.25mm的大致测量并且仅用于例行试验。

6.3.2.程序
采用如下任一方法进行宏观试验：
a)断口实验法
i.在试块的试验区域打上适当尺寸的缺口，然后断裂试块。

不要求别的准备。

ii.通过标线或刻度的接目镜测量总硬化层深度。

采用的放大倍数不能超过20X。

b)蚀刻实验法
i.切取正常于表面的试块的横截面。

ii.用等级400或更细的砂纸打磨横截面。

iii.抛光后，采用适当的试剂（见附件B）蚀刻表面并通过标线或刻度的接目镜测量总硬化层深度。

采用的放大倍数不能超过20X。

拐角或较小的圆弧不做
判定。

6.4.微观硬度试验
6.4.1.范围
微观硬度试验适用于测量有效硬化层深度和总硬化层深度。

6.4.2.设备
试验用的设备和试验方法应满足标准ASTM E384要求。

6.4.3.程序
微观硬度试验应按如下进行：
a)在从原始表面正常分解下的未蚀刻的金相制备的试块（见条款5.3.1（a））上通
过维氏微观硬度压头或努普（Knoop）压头以0.49N到4.9N范围内的力制作一
系列微观硬度压痕。

按照条款6.1.3（a）（i）固定的形式制作压痕，压痕中心应不低于任意两个临近
的维氏压痕较大的对角线三倍或任意两个临近较大努普压痕的较小对角线的三
倍的情况除外。

b)测量从外表面到硬度压痕中心的距离应精确到±5％。

可以采用校准刻度的投射
显微镜或带有适当千分尺、可调游标或刻度尺十字线的接目镜进行测量。

要保
证这些测量都是相对表面的常态操作。

对测得的硬度值绘图。

c)检验试块，检验硬度不同和相关碳含量的变化。

d)报告总硬化层深度或有效硬化层深度，至少是三个读取值的平均值。

6.5.化学试验
6.5.1.范围
化学试验仅用于测量总硬化层深度。

6.5.2.程序
按照AS1050.2或AS1050.32对从每加工层（见条款5.3.3）收集的金属进行化学分析。

通过到达试块表层的距离相对的碳百分比绘图来确定总硬化层深度。

6.6.能谱试验
6.6.1.范围
能谱试验仅用于测量总硬化层深度。

6.6.2.程序
按照ASTM E415对每层加工（见条款5.3.4）所收集的金属进行碳的化学分析。

通过到达试块表层的距离相对的碳百分比绘图来确定总硬化层深度。

7.实验报告
试验报告应包括如下信息：
a)产品描述，包括试验的位置和试验标识号（如果有）。

b)采用的试验方法，包括采用的任何热处理的细节。

c)有效硬化层深度或总硬化层深度。

d)该澳大利亚标准号，例如AS1982
e)试验报告号和日期
f)满足或其它指定要求（如果有）。

附件A
打磨和抛光建议（信息用）
A1 范围本附件给出了对固定的用于金相检验的试块进行打磨和抛光的方法。

A2 程序推荐如下程序：
a)采用P100或P180等级的砂纸和润滑剂（如水或石油溶剂）打磨固定的试样来显示其
轮廓并去除所有变形金属。

b)采用P280，P400，P1000和P1200等级的纸继续打磨，每张纸的打磨时间不能超过30
到40秒。

每次换纸时90°改变打磨方向。

c)在旋转轮上添加4到8微米的金刚石膏并采用石油溶剂润滑来进行2到3分钟的最终抛
光。

如果要求更高等级的表面抛光，那么可以采用约1微米的金刚石膏做进一步处理。

附件B
蚀刻试剂（信息用）
B1 总则该附件列出了一些用于显示钢材的微观结构的常用的蚀刻试剂。

B2 蚀刻剂如下列出了一些常用的蚀刻剂及其化学成分：
a)焦亚硫酸钠蚀刻剂
i.焦亚硫酸钠―――――――――――――――――――25g
ii.水―――――――――――――――――――――――100ml
b)苦酸腐蚀液
i.苦味酸―――――――――――――――――――――4g
ii.乙醇或甲醇，95%或绝对浓度―――――――――――100ml
c)硝酸侵蚀液
i.硝酸（p 1.42g/ml）――――――――――――――――1到5ml
ii.乙醇或甲醇，95%或绝对浓度―――――――――――100ml
d)碱性苦味酸钠
i.苦味酸―――――――――――――――――――――2g
ii.氢氧化钠――――――――――――――――――――25g
iii.水―――――――――――――――――――――――100ml
B3 化学操作AS2243.2中给出了有关化学蚀刻液的安全操作和存储的信息。