表面改性技术实验指导书

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1、表面改性技术实验指导书刘勇田保红编工程材料实验教学中心2006年3月实验一钢渗碳后的组织观察渗碳层标定及热处理后组织评定—、实验目的1、掌握渗碳层的深度的测定方法2、了解工件渗碳层中碳化物、残余奥氏体和马氏体及心部铁素体的评级标准及缺陷组织。二、概述渗碳是目前机械制造工业屮应用最广泛的一种化学热处理方法，其工艺特点是将低碳钢或低碳合金钢零件在增碳的活性介质（渗碳剂）中加热到高温（900-950°C）,使碳原子渗入农面层，继之以淬火并低温回火，使零件表层与心部具有不同成分、组织与性能。低碳钢经渗碳厉，在缓慢冷却的条件下，渗碳层的组织基本上与Fe-Fe3C状态图上

2、各相区相对应，即由表而到中心依次为过共析区（渗碳体呈网状、粒状或块状），共析区，亚共析区（即过渡层），中心组织即为原始组织。如图1所示心部亚共析F+P共析P过共析P+FegGi图1低碳钢工件渗碳缓冷的渗碳层组织将渗碳后的钢件进行淬火，其金相组织由表及里依次为：马氏体+少量碳化物+残余奥氏体T马氏体+残余奥氏体T低碳马氏体（心部）。若工件尺寸较大未能淬透，心部将得到屈氏体或索氏体组织。合金钢渗碳淬火后在渗碳层中还可能出现贝氏体组织。渗碳件的质量检查1、渗碳层深度工件渗碳后并在淬火前需要检查渗碳层的深度，检查方法冇以下几种：（1）宏观断口法将渗碳层试样从渗碳炉中取

3、出，口渗碳温度立即淬火，然后打断，断口上渗碳层部分呈银白色瓷状，未渗碳部分则为灰色纤维状，交界处的禽碳量约为0.4%,这样就能粗略地估计出渗碳层的深度。为了更好地显现渗碳层深度，可将试样断口磨平，用4%硝酸酒精浸蚀,腐蚀后渗碳层呈暗黑色，中心部分呈灰色，亦可粗略地测出渗碳层的深度，这种方法适用于淬火状态，也适用于退火状态。但是此种方法只能粗略地估计渗碳层的深度。（2）金相显微组织法此法测量渗碳层深度，对低碳钢淬火的试样要进行正火，对低碳合金钢淬火的试样要进行等温退火，常用的渗碳钢种正火、退火工艺列于表1。目前対测量渗碳层深度的标准还不一致，现在常用的测量标准有

4、：①过共析+共析。这种测量方法采川较少，它适用于要求表面耐磨而心部机械性能要求不髙的产品。②过共析+共析+亚共析。③过共析+共析+亚共析的1/2。④过共析+共析+亚共析的1/3o⑤过共析+共析+亚共析的2/3o⑥自表而测量至碳含量相当于40钢，即铁素体和珠光体各50%处。⑦自表面测量至心部原始组织（合金渗碳钢）。⑧渗碳淬火后直接测量法。这种方法只适用于低碳马氏体钢，如18Cr2Ni4WA属于此类钢，对于珠光体类型钢很少采用。表1不同材料渗碳试样处理工艺^内容材料热处理工艺加热等温温度°C时间/分温度/°c时间/分冷却条件10、15、20钢850-860°C

5、20分空冷150、20Cr850-860°C15-20分650°C10-30分空冷20CrMnTi20CrMnMo850-860°C15-20分640°C空冷20MnTiB850-860°C]5・20分640-650°C空冷22CrMnMo30CrMnTi850-860°C15-20分640-650°C空冷12Cr2Ni4A850-860°C15-20分620°C空冷182Cr2Ni4WA850-860°C15・20分270-280°C空冷22Cr2Ni4A850-860°C15・20分270-280°C空冷对于碳素渗碳钢来说，大多从表面测至过渡区1/2处为止

6、，该处碳含屋相当于40钢（平均0.4%C左右），即方法（6）对于拖拉机零件渗碳层可分为两部分：共析层深度：系指口样品表面量至最初发现饮索体的厚度。总层深度：系指自样品表面量至心部原始组织的整个厚度。一般规定：渗碳后不经磨削加工的零件，共析层深度应大于总渗层深度40%o渗碳厉经磨削加工的零件，共析层深度应人于总渗层深度50%o（3）等温淬火法高介金渗碳钢自渗碳温度缓冷后，在渗碳层内仍有部分马氏体转变，妨碍精确测定碳层深度。为此，可釆用等温淬火法来测量渗碳层深度。这种方法是利用表面与中心奥氏体含碳屋不同所具冇不同的Ms点的特点，來选择等级温淬火的等温温度先确定渗碳

7、层深度应测至何种含碳量（如0・3%C）。然片以此含碳量的Ms作为等级温温度，试样衣此温度停附一段时间厉再冷却至室温。由于试样心部Ms点高于等温温度，等温时使心部己发生马氏体转变的部分被冋火，浸蚀后心部呈黑色，而渗碳层的Ms点低于等温温度因此在随后的冷却时才得到淬火马氏体组织，浸蚀后呈白亮色，故可测定白亮层深度即为渗碳层深度。（4）化学分析法化学分析法：化学分析法的精度最高，但取试样复杂，分析时间较长，在平常不采用，只有在试验新的渗碳工艺和调整工艺时才应用。剥层化学分析法是収根（（

8、）25mmx150mm）圆钢作为渗碳试样，渗碳后在卒床上由表面向里分层不削取样（

9、每层0.05mm）o称样并在定碳仪上分