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什么是滲碳淬火？表面滲碳有何用？如何無損檢測滲碳層深度和硬度？

何謂滲碳淬火？表面滲碳有什么用？——表面滲碳淬火熱處理原理

  鋼的韌性（延展性）隨著碳含量的降低而增加，因?yàn)樵陲@微組織中發(fā)現(xiàn)的脆性滲碳體較少。如果組件要非常堅韌，則它們必然不可避免地要相對低碳。然而，與此同時，由于碳含量低，材料的淬透性降低，因?yàn)樘貏e是在晶格中強(qiáng)制溶解的碳導(dǎo)致必要的馬氏體形成。作為指導(dǎo)原則，碳含量至少應(yīng)為0.3％，以進(jìn)行硬化。但是，諸如齒輪之類的組件需要兼有兩個相互矛盾的特性：
  ? 芯部中的碳含量低，從而具有高韌性（吸收動態(tài)載荷）
  ? 表面的高碳含量可提高表面層的可硬化性（增加耐磨性）。
  對于此類應(yīng)用，表面滲碳淬火硬化是合適的，通常結(jié)構(gòu)如下：
  ? 滲碳
  ? 冷卻（直接淬火硬化不需要）
  ? 硬化（淬火和回火）
  在表面硬化時，首先將碳含量不超過0.2％的低碳鋼（表面硬化鋼）暴露在含碳環(huán)境中。早期，實(shí)際上將鋼放在發(fā)光的焦炭“盒”中。碳然后擴(kuò)散到表層，在其中導(dǎo)致碳含量富集到約0.8％的可淬火硬化水平，而芯部基材則保持低碳狀態(tài)。在表層中的這種碳積累也稱為滲碳。
  由于僅奧氏體組織能夠吸收足夠量的碳，因此滲碳過程中的溫度高于900°C，滲碳時間為數(shù)小時。用這種方法可以經(jīng)濟(jì)地獲得0.1至約5mm的滲碳深度。由于滲碳是一種擴(kuò)散控制的過程，因此在較高的溫度下可以減少滲碳時間，但同時會增加形成粗大晶粒的風(fēng)險。
  滲碳可以以不同的方式進(jìn)行。在氣體滲碳過程中，組件會暴露在含碳?xì)夥罩小＿@在批量生產(chǎn)中特別經(jīng)濟(jì)。鹽浴中的滲碳也是可能的。另外，有可能在粉末狀的碳顆粒中滲碳工件。
  在將表面層滲碳至所需的可淬火水平之后，進(jìn)行實(shí)際的硬化過程，從而將相對低碳的芯材進(jìn)行輕微淬火和回火。為此所需的淬火可以完成
  ? 從再加熱狀態(tài)緩慢冷卻后（單次和兩次淬火硬化）或
  ? 直接從仍然熱的滲碳狀態(tài)（直接硬化）。
  淬火后，始終對淬硬的部件進(jìn)行回火，從而獲得其期望的使用性能。更重要的是，疲勞強(qiáng)度的增加使表面硬化對于動態(tài)受力的部件（例如齒輪或驅(qū)動軸）而言非常有趣。

  通過表面滲碳淬火硬化，低碳鋼首先在表面層中富集碳（滲碳），然后淬火！此類組件的特點(diǎn)是具有很高的表面硬度和非常堅硬的芯部基材（因?yàn)樘己康停?/span>

為什么選擇滲碳淬火處理？表面滲碳淬火有什么優(yōu)勢？

  傳統(tǒng)上，表面滲碳熱處理已用于淬火硬化各種各樣的機(jī)械傳動部件，例如傳動軸、齒輪、回轉(zhuǎn)支承、齒圈和軸承座圈等。滲碳過程簡單明了，數(shù)十年來已廣為人知。滲碳淬火的實(shí)際優(yōu)勢包括：

  (1) 容易控制滲碳層的深度、碳濃度以及濃度梯度(硬度梯度)。根據(jù)滲碳工藝的物理化學(xué)特性和零件的工藝條件，通過計算或一些關(guān)系曲線，可以簡單地確定真空滲碳熱處理的工藝參數(shù)。
  (2) 滲碳件表面質(zhì)量高。因?yàn)闈B碳淬火處理在可控氣氛或真空狀態(tài)下進(jìn)行加熱、浸泡和滲碳后擴(kuò)散，使零件不產(chǎn)生脫碳和黑色組織等問題，表面干凈。
  (3) 淬火零件具有較高的力學(xué)性能。滲碳熱處理件具有表面質(zhì)量高(不脫碳、不氧化)的特點(diǎn)，因此對表層的應(yīng)力狀態(tài)和疲勞強(qiáng)度有很好的影響。
  (4) 對具有盲孔、深孔、窄縫零件滲碳效果較好。采用真空滲碳熱處理工藝甚至可以對不銹鋼和硅鋼進(jìn)行滲碳處理。
  (5) 可獲得薄、厚(可達(dá)7mm)、碳濃度高的滲碳層。通過改變滲碳和擴(kuò)散的時間，可以獲得陡峭或平緩的碳濃度梯度。
  (6) 可進(jìn)行高溫滲碳熱處理從而縮短了滲碳時間。

如何無損檢測滲碳淬火質(zhì)量——滲碳層深度CHD/有效硬化層深度和硬度？

  滲碳淬火有效硬化深度(簡稱“滲碳層深度CHD-Case-Hardening-Depth”)的評價是獲得準(zhǔn)確的過程控制品質(zhì)因數(shù)的重要參數(shù)。測量CHD滲碳有效硬化深度厚度的方法很多。主要是基于光學(xué)顯微鏡分析的微觀金相觀察，該顯微金相確定馬氏體和鐵素體-珠光體之間的過渡區(qū)域。在材料橫截面處研究顯微硬度分布可提供更準(zhǔn)確的滲碳層深度CHD/表面有效硬化深度。為此，首先在要檢查的淬火工件處以不同角度鋸切，并在進(jìn)行適當(dāng)?shù)难心?zhǔn)備和化學(xué)處理后，進(jìn)行光學(xué)和/或硬度深度分布測量。此過程需要相當(dāng)長的時間，這也意味著可以嚴(yán)重延遲報告過程中的嚴(yán)重偏差，如果過程出現(xiàn)異常，則可能導(dǎo)致大量錯誤硬化的零件。然而，這兩種破壞式方法都是耗時且昂貴的。那么有沒有新型技術(shù)可以快速且無損傷地檢測滲碳淬火質(zhì)量呢？

碳含量0.5％和0.7％樣品有效硬度深度曲線示例

表面淬火微觀組織結(jié)構(gòu)的顯微金相觀察示例

  表面淬火熱處理工件重要的質(zhì)量特征是有效硬化深度和硬度，即滲碳淬火后的表面硬化深度（CHD）。另外，為了確保這種工件的質(zhì)量，在表面和整個表面上的硬度和殘余應(yīng)力值，甚至在硬度和殘余應(yīng)力的深度分布圖中都是重要的。為了通過無損檢測改善滲碳淬火熱處理過程，經(jīng)過適當(dāng)?shù)男?zhǔn)后，所有這些材料參數(shù)都可以通過德國Fraunhofer無損檢測技術(shù)研究院3MA綜合無損測試技術(shù)確定。如下圖片顯示了滲碳層深度CHD無損測量示例。對于所有表面淬火硬化機(jī)制，上海量博實(shí)業(yè)有限公司總代理的3MA技術(shù)不僅可以確定滲碳層深度CHD、有效硬化深度，而且還可以確定表面硬度、芯部硬度以及兩者之間的硬度值。

兩個不同滲碳層深度CHD的試樣，3MA測試信號之一的對比示例(a: 0.5% C, b:0.7% C)

  無損檢測（NDT）不局限于缺陷檢測或裂紋的應(yīng)用，而且還擴(kuò)展到機(jī)械和冶金性能的表征。磁性測量通常用于表征鐵質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的變化，因?yàn)樗鼈兊拇呕^程與微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這一事實(shí)使3MA微磁測量技術(shù)成為無損評價、測量和表征的明顯候選者。因此，德國IZFP專家始終密切監(jiān)督和充分利用這種3MA無損檢測方法的潛力。如果您對滲碳淬火質(zhì)量、材料特性、滲碳層深度CHD/有效硬化層深度測量等有技術(shù)疑問，需要服務(wù)或僅需要一般信息，我們將為您提供幫助。上海量博實(shí)業(yè)有限公司經(jīng)驗(yàn)豐富的客戶服務(wù)團(tuán)隊會在工作時間內(nèi)為您解答有關(guān)我們產(chǎn)品，價格，訂購和其他信息的問題。