脫碳層深度測試

脫碳層是緊固件的一種熱處理嚴重缺陷,表面脫碳會降低緊固件的淬火硬度和耐磨性,而脫碳后任何等級的螺栓疲勞強度都會降低,除影響緊固件的力學性能外,還影響螺栓的熱疲勞性能。因此,受循環載荷的螺栓或裝備部件都應盡量防止脫碳。脫碳層深度可直接用來表征緊固件材料表面脫碳的程度。對鋼及制件表面脫碳層深度的測量是緊固件行業品管控制的要點。


60Si2Mn彈簧鋼的全脫碳層深度100X.png


測試方法

國家標準GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測定法》適用于測定原材料及其螺栓成品的脫碳層深度。標準中脫碳層深度測定可分為金相法、硬度法和化學分析法三種。

1、顯微組織法

顯微組織法通常又稱為金相法、顯微測定法等。鋼及制成品存在脫碳情況時,從表面到基體的碳含量是變化的,在光學顯微鏡下觀察試樣從表面到心部隨著碳含量的變化而產生的組織變化。顯微組織法具有適用范圍廣,操作簡便、對設備依賴小,對待檢樣品形態要求不高等優點。

① 試樣的選取與制備

根據GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》,選取的試樣在距螺紋末端約一個公稱直徑(1d)、沿螺紋軸心線截取一縱向截面的試件。截取試樣時不能使檢測面受熱而發生變化。試樣邊緣不得倒圓、卷邊,試樣應該鑲嵌入塑料中或安裝在夾具中。用3%硝酸酒精進行腐蝕,以顯示鋼的組織結構。

② 脫碳層的測定

總脫碳層的測定—-在中碳鋼、低合金鋼中是以鐵素體與其他組織組成的相對量變化來區分的。借助于測微目鏡或直接在顯微鏡毛玻璃屏上測量從表面到其組織和基體組織已無區別的那一點距離。對每一試樣,在最深的均勻脫碳區一個視場內,應隨機進行幾次測量(至少需5次),以這些測量值的平均值作為總脫碳層深度。

全脫碳層的測定---全脫碳層是指試樣表面脫碳后得到的全鐵素體組織,因此,測量時應從表面測至有滲碳體或有珠光體出現的那一點,或測量產生全鐵素體組織的滲度為全脫碳層深度。


2、硬度法

硬度法是利用碳含量與熱處理后鋼的硬度存在相關性的原理來測量脫碳層深度的方法。其理論依據是淬火鋼的基體組織馬氏體的硬度隨碳含量的增加而增高,而從鋼件表面至基體因脫碳造成了碳元素的不同程度損失,不同脫碳程度區域其硬度值也不同。硬度法所測試的物理量為硬度值,主要測試手段為硬度計。硬度法測脫碳層分為顯微硬度法和洛氏硬度法。

① 顯微硬度法

 顯微硬度法僅適用于螺距P大于1.25mm的螺紋,用 300g負荷顯微維氏硬度計,測量在螺紋橫截面螺紋中徑線上,第2點的維氏硬度值應等于或大于第1點硬度值減去30個維氏硬度單位.若低于30個維氏硬度單位,則計算為脫碳層深度。

② 洛氏硬度法

用洛氏硬度計測定時,直接在試樣的表面上測定。洛氏硬度法根據GB/T230.1測定洛氏硬度值HRC,只用于判定產品是否合格。


3、碳含量測定法

碳含量測定法是通過測定樣品不同層深處的碳含量來測定脫碳層深度的一種方法,是一種直接測量的方法。

① 化學分析法

用化學分析法測定逐層剝取的金屬屑的含碳量,以確定脫碳層深度。逐層剝取每一層的深度為0.1mm厚。在實踐操作中將從不同層深處所測定的碳含量繪制成碳含量-深度曲線,從曲線上判定其不同深度處的脫碳情況。

② 光譜分析法  

將平面試樣逐層磨削,每層間隔0.1mm,在每一層上進行碳的光譜測定。只適用于具有合適尺寸的平面試樣。光譜分析的方法測定逐層碳含量,直到和心部基體含碳量相同的位置,此位置到表面的垂直距離即為總脫碳層深度。


4、熱電動勢法

熱電動勢法測脫碳層是基于SeebeeK效應和Thomson效應而發展起來的一種快速測定方法。該方法在國內應用較少,鮮有報道。

總之,脫碳層深度測定方法具有多樣性,企業檢測中心最好在選取好測定方法的基礎上結合實際情況編制專用的測試規程,以最大程度地貼近實際測試需要。



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