ASTME1077-01 ,钢的脱碳层测定方法.pdf

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ASTM E1077-01E1

钢的脱碳层深度测定方法

本标准是在原版本E1077的基础上修定的，接下来的数字表示首次发布的年份或修订年份。括号内的数字表示最新修订的年份，括号（）是最新修订所加。

本标准已经批准同意使用。

E1注:2001年6月编辑修订2.1和3.1.1。

前 言

这些方法用来测定淬火钢或非淬火钢的平均脱碳层深度或最大脱碳层深度，其范围从简单的筛分法到精确的试验方法，可依据实际需要来选择。

1 范围

1.1 这些试验方法用以检验脱碳层深度，与其组成、基体显微组织和截面形状无关。可以包括如下方法：

1.1.1筛分方法

1.1.2金相方法

1.1.3显微硬度方法

1.1.4化学分析方法

1.2在有争议的情况下，严格定量或线性分析方法（见7.3.5和7.3.6）将作为仲裁方法。这些方法可用于任何横截面钢材。化学分析方法显示的脱碳层深度通常比金相方法更大，但是受特定简单形状和设备的限制，化学分析技术通常用于研究。显微硬度方法适用于组织均匀的淬火钢的精确测定。

1.3 SI单位值作为标准对待，括号内为相应的英制单位。

1.4本标准只考虑与使用相关的部分安全因素，标准的使用者有责任进行相当安全和健康的操作，在使用之前，确定适用范围。

2引用文件

2.1 ASTM标准

A 941 钢、不锈钢、合金和铁合金有关的术语

E3 金相试样制备操作方法

E7 金相术语

E340 金属和合金宏观腐蚀试验方法

E350 碳钢、低合金钢、硅钢、生铁和熟铁的化学分析方法

E384 材料显微硬度试验方法

E407 金属和合金显微腐蚀操作方法

E415 碳钢和低合金钢光谱真空分析方法

E1951 光学显微镜的操作

3术语

3.1定义

3.1.1试验方法中使用术语的定义见E7和E44。

3.2本标准中专用术语的定义

3.2.1平均脱碳层深度——五次或更多次测量的总脱碳层深度的平均值。

3.2.2平均自由铁素体深度——五次或更多次测量的全脱碳层深度的平均值。

3.2.3全脱碳——钢试样表面含碳量减少到低于碳在铁素体中固溶极限，也就是只有铁素体

存在。

3.2.4自由铁素体深度——从钢材表面到组织不再是全铁素体的位置的垂直距离，也就是观察到其它转变组织。

注1——自由铁素体这一术语已用于描述中碳亚共析钢显微组织中球状孤立的先共析铁素体。

3.2.5最大脱碳层深度——总脱碳层深度的最大测量值。

3.2.6部分脱碳——钢材试样表面含碳量减少到低于基体含碳量，并且大于室温时碳在铁素体中固溶极限。

3.2.7总脱层深度——从钢材表面到钢材基体含碳量所在位置的垂直距离；也就是全脱碳层深度和部分脱碳层深度的总和。

4 试验方法摘要

这些试验方法用来检测由于脱碳而引起的钢试样表面显微组织、硬度或含碳量的变化，脱碳层深度由观察到的试样的显微组织、硬度或含碳量。

5 意义及用途

5.1这些试验方法用于检测在热加工和热处理高温加热时含碳量的减少。

5.2根据买卖双方协议，可以用试验结果来鉴定材料的质量，也可作为机加工公差的根据，或评定脱碳敏感性的影响。

5.3筛分法试验简单、快速且低成本，用于从脱碳试样中分离非脱碳试样。基于这些试验结果，其它方法可适当利用。

5.4金相试验需要金相法抛光横截面，以便于相对精确地测量脱碳层深度。确定脱碳层性质，可以用几种方法测量脱碳层深度，其精确度随工作量不同而变化。

5.5显微硬度方法是在抛光的横截面上进行，非常适合于组织相对均匀的硬化试样，这个过程可以清楚地显示指定最小硬度或均匀硬度的深度。

5.6化学分析方法受试样形状的限制，其试样应简单规则，可用于钻或磨的化学分析。

5.7金相试验通常是适宜指定用途、验收、生产控制、开发或研究对材料脱碳层的测定。

6 取样

6.1试样取之有代表性试样的特定位置，取样位置和数量根据被测材料的性质决定，在买卖双方协议中规定。

6.2筛分试验使用硬度试验，如洛氏硬度试验，其试样应足够小，以适宜支持在仪器的铁砧上。试样表面不应被改变，只是需要不改变表面的方法去除氧化皮。

6.3金相方法、显微硬度试验和筛分法所用试样，取样应垂直于产品的纵轴线，测量在横向平面进行，这时允许测定试样周围脱碳层的不同。

6.3.1直径小于或等于2.5cm（1in）的试样，抛光和检查整个横截面。对于更大的横截面，准备一个或更多的试样来评定表面脱碳的变化。图1（a,b,c）说明了典型取样方案的图例，可用于更大截面；大试样的取样方案由供需双方合同规定。

6.4化学分析方法试样必须有足够的长度，以便钻下足够重量用来化学分析，或待磨表面足够用于火花试验且适合于试样支撑台。

7 步骤

7.1筛分法

7.1.1表面硬度——对于淬火试样，特别是在淬火条件需热处理的材料的短截面用相同的工艺切割和热处理。但试样不能进行回火处理，试样上的氧化皮用钢丝刷，喷丸等除去，一般使用洛氏C刻度测试硬度。脱碳的存在由表面硬度和理论最大硬度的不同来确定，理论最大硬度与钢的含碳量对应。该方法适合于含碳量小于0.55%的钢种，含碳量更高的测定总脱碳。该方法不能用在无法淬火的钢种，如低碳钢。

7.1.2宏观腐蚀形貌——脱碳的存在根据试样表面和内部腐蚀的差异来显示，横截面可以磨平、宏观腐蚀或抛光、显微腐蚀。该方法适用于轧制、锻造、退火、正火和热处理试样。表面脱碳层若存在，通常呈现腐蚀较轻的形貌。适宜的宏观腐蚀剂见E340试验方法。

7.2金相方法

7.2.1金相方法非常适合于测定热轧、锻造、退火、正火状态试样的脱碳层深度，也可用于热处理试样，只是在确定最大影响深度方面把握小。也可以评定球化退火和冷加工试样 ，但是判断脱碳引起的组织变化比热加工组织和完全退火组织难度更大。

7.2.2脱碳层深度的测量是根据表面由于含碳量的变化引起的显微组织的差异。全脱碳最容易评定，因为若存在自由铁素体层，其与内部组织对比明显。部分脱碳层中若包含铁素体和珠光体时也能很好评定。如果试样经过球化退火，根据部分脱碳区域碳化物含量的变化评定总脱碳层深度。对于热处理试样，部分脱碳区域非马氏体组织的存在用来确定总脱碳层深度。这些方法通常会低估总脱碳层深度。对于一定的高合金球化退火的工具钢脱碳深度可由腐蚀颜色变化来确定。对于固溶处理的奥氏体锰钢，相应一定含碳量脱碳层深度可以用在由于脱碳引起的显微组织变化来定义。轧制、热处理和球化退火钢的脱碳的代表性示例列在图2（a,b），图3（a,b,c ）和图4中。

7.2.3试样抛光必须在不会将边缘磨圆的方式下进行。没有夹持和保护的试样可以在某种自动抛光设备上妥善地制备。应该使用低绒毛织物；通常没有必要使用粒度细于1цm的砂纸。若不具备自动抛光设备，试样规格小或不具有设备要求的形状，试样应用夹具或各种塑料介质夹持。对于某些夹持介质，边缘保护不够充分，压缩夹持的环氧材料是一般塑料中提供最好边缘保留的。电镀或非电镀提供最适宜的边缘保留，推荐用在重要的工作中。抛光必须象E3标准中描述的那样，使其产生表面显微组织的真实反映。

7.2.4腐蚀应使用标准腐蚀剂（见E407标准），例如硝酸酒精溶液和苦味酸酒精溶液，根据被测试验材料腐蚀速度的经验来进行，在特定情况下可以使用指定的专用腐蚀剂，这时，供需双方应达成协议。

7.2.5对于固溶处理的奥氏体锰钢，在含碳量低于大约0.5%的表面区域，马氏体将存在。先用2%硝酸酒精溶液腐蚀5秒，再用20%硫代硫酸钠水溶液腐蚀大约20秒，可以清楚地显示组织。测完该层深度后，将试样于大约560℃时效1小时，将在含碳量大于1.16%的心部区域晶界析出珠光体。用硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液显示珠光体。图5（a,b）图示了这些状态。

7.3测量

7.3.1根据所期望的精度，全脱碳层深度、部分脱碳层深度或两者之和，可以用两种不同方法加以评定。测量可以使用目镜测微尺，螺旋测微目镜，或在毛玻璃投影屏上放置刻度尺。测量设备的精度由所使用的测微计确定。

7.3.2最适宜的测量放大倍率应该根据观察到的组织来选择。在低倍率下有助于扫描整个试样，为精确分析组织，放大倍率应足够高，从而取得期望的测量精度，避免偏差。

7.3.3在测量之前，用适宜的放大倍率扫描整个试样表面，确保试样已经被正确地制备，评估脱碳层的均匀性，评定脱碳的性质，也就是说，全脱碳，部分脱碳或仅有部分脱碳。如果全脱碳（自由铁素体）存在，注意该状态的连续性。

7.3.4对于许多用途来讲，最简单的测量步骤是选择试样上全脱碳和部分脱碳的平均值和最