非破壞檢測(cè)表面熱處理的淬火質(zhì)量[CHD/NHD/SHD/FHD/硬度]

行業(yè)需求

      材料為了提供具有所需強(qiáng)度、形狀和表面質(zhì)量，須進(jìn)行表面熱處理和機(jī)械加工工藝。通過(guò)表面淬火硬化，滲碳、感應(yīng)淬火或氮化來(lái)硬化材料的表面將增加表面耐磨性，疲勞強(qiáng)度，耐腐蝕性和抗摩擦性能，而不會(huì)損害材料的整體韌性。通常，當(dāng)進(jìn)行表面淬火硬化處理時(shí)，工件已經(jīng)成型或銑削為其成品形狀。因此，通常須隨后去除由于硬化熱處理而不可避免的淬火變形。而首要任務(wù)就是確定工件在淬火后的質(zhì)量狀態(tài)特征。

從左到右，三種重要的表面淬火硬化方法，分別是表面滲碳淬火硬化，滲氮氮化處理和感應(yīng)淬火硬化

      表面淬火硬化工件關(guān)鍵的質(zhì)量特征是硬化深度，即感應(yīng)淬火后的表面硬化深度（SHD），滲碳后的表面滲碳硬化深度（CHD），滲氮后的滲氮氮化硬度深度（NHD）， 以及例如在激光淬火硬化之后的熔合硬度深度（FHD）。此外，表面和整個(gè)表層的硬度和殘余應(yīng)力值，甚至硬度和殘余應(yīng)力的深度分布曲線也很重要，以確保此類工件的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)室通常確定鐵質(zhì)材料的質(zhì)量相關(guān)材料特性。

常規(guī)實(shí)驗(yàn)室破壞式CHD測(cè)量示例，帶有硬度梯度評(píng)價(jià)曲線

      但是，當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)具有高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，這就是為什么也有必要使質(zhì)量檢查自動(dòng)化。原材料，半成品和終產(chǎn)品的質(zhì)量特征不僅應(yīng)在材料實(shí)驗(yàn)室中確定，而且還應(yīng)與生產(chǎn)平行或嵌入生產(chǎn)中。關(guān)鍵的材料特性應(yīng)連續(xù)且完整地記錄下來(lái)，以監(jiān)視甚至控制制造過(guò)程，從而在質(zhì)量、效率和成本方面優(yōu)化它們。這些目標(biāo)只能通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)?shù)臒o(wú)損檢測(cè)（NDT）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用技術(shù)

      經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)試后，所有這些材料參數(shù)，如感應(yīng)淬火后的表面硬化深度（SHD），滲碳后的表面滲碳硬化深度（CHD），滲氮后的滲氮氮化硬度深度（NHD）， 以及例如在激光淬火硬化之后的熔合硬度深度（FHD），都可以通過(guò)我們上海量博實(shí)業(yè)總代理的德國(guó)Fraunhofer IZFP研制的3MA微磁綜合無(wú)損測(cè)試技術(shù)非破壞地確定。3MA是四種微磁方法井然有序地技術(shù)組合，分別是巴克豪森噪聲（BN），切向磁場(chǎng)強(qiáng)度的諧波分析（HA），多頻渦流分析（EC）和增量磁導(dǎo)率（IP）。下圖顯示了CHD和SHD校準(zhǔn)結(jié)果。對(duì)于所有表面淬火硬化熱處理機(jī)制，3MA測(cè)試系統(tǒng)不僅可以無(wú)損傷地確定淬火硬化深度，而且還可以確定表面硬度，芯部硬度以及兩者之間的一系列剖面梯度硬度值。

熱處理淬火硬化深度的標(biāo)定結(jié)果：（a）表面硬化深度（CHD）和（b）表面硬化深度（SHD）

      通過(guò)對(duì)未在這些校準(zhǔn)中使用的零件進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)量，可以確定RMSE值，即滲碳層深度CHD的非破壞性和破壞性測(cè)量數(shù)據(jù)之間的平均偏差為0.07 mm，SHD為0.13 mm。先前已經(jīng)描述了使用3MA測(cè)定熔合硬度深度FHD的應(yīng)用。3MA用于確定NHD的結(jié)果尤其令人印象深刻，例如在活塞環(huán)中。氮化層深度NHD的典型值在60至100 um之間。已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于用3MA非破壞方式測(cè)定的氮化硬度深度NHD值，其重現(xiàn)性優(yōu)于通過(guò)金相研究（Nht700試驗(yàn)）確定的值。

3MA用于非破壞檢測(cè)表面熱處理的淬火質(zhì)量[CHD/NHD/SHD/FHD/硬度]的零件示例

      以前，NDT技術(shù)幾乎專門用于缺陷檢測(cè)，以防止安全相關(guān)結(jié)構(gòu)投入使用后發(fā)生災(zāi)難性故障。 但是，如今無(wú)損檢測(cè)的作用已經(jīng)擴(kuò)展，它涵蓋了產(chǎn)品生命周期的所有階段，從原材料到生產(chǎn)到運(yùn)營(yíng)，處置和回收再利用。
      同時(shí)，NDT無(wú)損檢測(cè)在生產(chǎn)中的應(yīng)用已成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的部分，從微觀結(jié)構(gòu)，條件和性能方面表征材料是當(dāng)今生產(chǎn)集成無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要任務(wù)。在這種情況下，本文所提的3MA“微磁”方法（微磁、多參數(shù)、微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分析）可能是此類技術(shù)的突出代表。3MA微磁綜合無(wú)損測(cè)試技術(shù)可對(duì)所有鐵磁材料進(jìn)行非破壞性表征，從而在微觀水平上顯示出與微結(jié)構(gòu)的磁相互作用和應(yīng)力。
      在3MA無(wú)損測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用中，四種微磁方法的組合對(duì)于獲得正確和可靠的結(jié)果非常重要。這種方法，也促使3MA技術(shù)在研究和工業(yè)領(lǐng)域中被廣為接受。更多資訊，可聯(lián)系上海量博實(shí)業(yè)或?yàn)g覽3MA系列產(chǎn)品信息。