渗碳缺陷及质量控制.ppt

6.2.8 渗碳质量控制一、渗碳工件的一、渗碳工件的检验检验1 检验项目检验项目 1）渗碳）渗碳层深度的检验，一般在渗碳后进行。层深度的检验，一般在渗碳后进行。2）渗碳）渗碳层和心部硬度的检验，一般在热处理后进行。层和心部硬度的检验，一般在热处理后进行。3）渗碳）渗碳层含碳量及浓度梯度的层含碳量及浓度梯度的检验。检验。4）渗碳）渗碳层和心部组织的检验。层和心部组织的检验。5）渗碳）渗碳件力学性能的检验。此种检验的目的是为了件力学性能的检验。此种检验的目的是为了寻求合理的渗碳工艺参数，主要是测量渗碳试样的硬寻求合理的渗碳工艺参数，主要是测量渗碳试样的硬度、耐磨性、抗拉强度、接触疲劳强度、冲击韧性等。度、耐磨性、抗拉强度、接触疲劳强度、冲击韧性等。2 2检验方法检验方法 1 1）渗碳层深度的检验渗碳层深度的检验 方法方法 宏观断口法；金相显微组织法；宏观断口法；金相显微组织法；等温淬火法；等温淬火法；化学分析法；显微硬度法化学分析法；显微硬度法 宏观宏观断口分析断口分析 此此法法是是将将随随炉炉渗渗碳碳的的试试样样直直接接淬淬火火，然然后后打打断断，观观察察其其断断口口。在在断断口口上上渗渗碳碳层层呈呈白白色色瓷瓷状状断断口口，未未渗渗碳碳部部分分为为灰灰色色纤纤维维状状断断口口，根根据据两两种种断断口口交交界界至至表表面面的的距距离离就就可可以以量量出出渗渗碳碳层层深深度度，从从而而可可以确定出炉时间以确定出炉时间。渗碳渗碳层呈层呈银白银白色瓷色瓷状状未渗碳部未渗碳部分呈灰色分呈灰色纤维状纤维状显微分析显微分析 此此法法是是用用金金相相显显微微镜镜对对渗渗碳碳试试样样横横截截面面进进行行显显微微测测量量。试试样样须须先先退退火火，经经渗渗碳碳后后表表层层为为高高碳碳钢钢，心心部部为为低低碳碳钢钢，因因此此，从从表表至至里里组组织织也也是是从从过过共共析析到亚共析逐惭变化。到亚共析逐惭变化。一一般般应应用用较较广广而而且且比比较较容容易易测测量量的的是是以以组组织织中中有有5050珠珠光光体体处处为为标标准准分分界界，即即渗渗碳碳层层深深度度等等于于过过共共析析层层十十共共析析层层+1/2+1/2亚亚共共析析层层的的总总和和。有有时时对对于于某某些合金钢的渗碳层是测量到出现原始组织为止。些合金钢的渗碳层是测量到出现原始组织为止。金相显微组织金相显微组织法测量渗层深度方法法测量渗层深度方法 显微镜显微镜放大倍数为放大倍数为100100倍（用带刻度倍（用带刻度1010倍的目倍的目镜与镜与1010倍的物镜），每小格的尺度为倍的物镜），每小格的尺度为0.0130.013mm。1.1.低碳钢淬火试样要进行正火，磨抛后低碳钢淬火试样要进行正火，磨抛后用用 4 4%硝酸酒精浸蚀。硝酸酒精浸蚀。渗层总层深渗层总层深=过共析过共析+共析共析+亚共析的亚共析的1/21/2处。处。2.2.低碳合金钢淬火试样要进行等温退火（或渗碳低碳合金钢淬火试样要进行等温退火（或渗碳后缓冷试后缓冷试 样样），磨抛后用），磨抛后用4%4%硝酸酒精浸蚀。硝酸酒精浸蚀。渗层总层深渗层总层深=过共析过共析+共析共析+亚共析（即测至心部组亚共析（即测至心部组织不变处）织不变处）硬度硬度检查方法检查方法H23H检查齿轮表面检查齿轮表面 硬度的部位硬度的部位检查齿轮心部检查齿轮心部 硬度的部位硬度的部位齿顶角齿顶角距表面距离距表面距离HV有效渗层深度有效渗层深度550距表面距离距表面距离HV有效渗层深度有效渗层深度5502）渗碳渗碳层金相组织检验层金相组织检验 金相金相组织检验主要是指检验渗碳层碳组织检验主要是指检验渗碳层碳化物级别、马氏体级别、残留奥氏体的数化物级别、马氏体级别、残留奥氏体的数量和组织缺陷。量和组织缺陷。渗碳渗碳后的金相组织评级标准（以拖拉机渗碳齿轮为例）后的金相组织评级标准（以拖拉机渗碳齿轮为例）在淬火回火状态下评定。试样应在横断面切取，用在淬火回火状态下评定。试样应在横断面切取，用4%4%硝硝酸酒精溶液浸蚀，在酸酒精溶液浸蚀，在400400倍下观察，根据评级标准进行评定。倍下观察，根据评级标准进行评定。l残余奥氏体和马氏体评级标准残余奥氏体和马氏体评级标准 根据残余奥氏体量的多少和马氏体针的大小，对照标准图片进行评定。根据残余奥氏体量的多少和马氏体针的大小，对照标准图片进行评定。该标准共分该标准共分8级。级。1-6级合格，级合格，7-8级返修。（评级部位见图所示）级返修。（评级部位见图所示）l心部铁素体评级标准心部铁素体评级标准根据铁素体的形态、数量根据铁素体的形态、数量及其大小，对照标准图片及其大小，对照标准图片进行评定。该标准共分进行评定。该标准共分6级，级，1-3级合格，级合格，4-6级返修。级返修。（评级部位见图所示）（评级部位见图所示）l渗碳层碳化物评级标准渗碳层碳化物评级标准 该标准共分该标准共分8级。常啮合齿轮级。常啮合齿轮1-6级合格，级合格，7级返修，级返修，8级废品；非常啮级废品；非常啮合齿轮合齿轮1-5级合格，级合格，6-7级返修，级返修，8级废品。（评级部位见图所示）级废品。（评级部位见图所示）13HH检查检查AM部位部位 （节园）（节园）检查检查K部位部位 （齿顶）（齿顶）检查心部检查心部F 部位部位检查心部硬度部位检查心部硬度部位齿根齿根3 3）渗碳层浓度梯度的检验渗碳层浓度梯度的检验 虽虽然然金金相相分分析析可可以以大大致致的的了了解解渗渗碳碳层层的的浓浓度度分分布布情情况况，但但并并不不精精确确。为为此此，常常用用剥剥层层分分析析方方法法进行浓度梯度的检验。进行浓度梯度的检验。该该方方法法是是将将2020404080mm80mm的的随随渗渗试试样样，进进行行0.050.050.10.1毫毫米米的的分分层层别别离离，然然后后进进行行定定碳碳分分析析。根根据据分分析析的的数数据据作作出出含含碳碳最最与与离离表表面面距距离离的的分分布布曲线，该曲线反映出渗层浓度分布情况。曲线，该曲线反映出渗层浓度分布情况。1 渗碳层中有网状或大块状碳化物渗碳层中有网状或大块状碳化物2 渗层中有大量的残余奥氏体渗层中有大量的残余奥氏体3 黑色组织黑色组织4 过热过热5 表面脱碳表面脱碳6表面含碳量过低渗层深度不足表面含碳量过低渗层深度不足7 渗碳层过深渗碳层过深8 渗碳层不均匀渗碳层不均匀9 表面腐蚀及氧化表面腐蚀及氧化10 心部硬度不足心部硬度不足1111心部出现过多的铁素体心部出现过多的铁素体1212反常组织反常组织二、渗碳件常见缺陷二、渗碳件常见缺陷1 1 渗碳层中有网状或大块状碳化物渗碳层中有网状或大块状碳化物 原因：原因：渗碳剂活性太高，使表面含碳量渗碳剂活性太高，使表面含碳量过高。渗碳后冷速太慢，预冷温度过低。过高。渗碳后冷速太慢，预冷温度过低。危害：增加了表面脆性，渗层易剥落，降低使用危害：增加了表面脆性，渗层易剥落，降低使用寿命。零件在淬火或磨削中易产生裂纹。寿命。零件在淬火或磨削中易产生裂纹。防止及消除办法：防止及消除办法：严格控制渗碳时炉气的碳势和严格控制渗碳时炉气的碳势和工艺参数，使渗层浓度不致于过高；工艺参数，使渗层浓度不致于过高；进行进行ACm以上以上的高温淬火或正火的高温淬火或正火 2 渗层中有大量的残余奥氏体：渗层中有大量的残余奥氏体：原因：原因：渗碳剂浓度太高，使表面含碳量过渗碳剂浓度太高，使表面含碳量过高。淬火温度过高。高。淬火温度过高。危害：降低表面硬度和接触疲劳、弯曲疲劳危害：降低表面硬度和接触疲劳、弯曲疲劳性能，淬火易变形。性能，淬火易变形。消除办法：进行高温回火后，重新加热淬火消除办法：进行高温回火后，重新加热淬火或冷处理。或冷处理。3 黑色组织黑色组织 所谓黑色组织是指在渗层内的组织中沿晶界出现断续所谓黑色组织是指在渗层内的组织中沿晶界出现断续网状渗碳体及铁素体和黑色的非马氏体组织，其特征颇似网状渗碳体及铁素体和黑色的非马氏体组织，其特征颇似过烧组织。深度约为过烧组织。深度约为0.030.030.050.05毫米左右。毫米左右。产生原因：产生原因：出现黑色组织的原因，目前还没有取得一致的看出现黑色组织的原因，目前还没有取得一致的看 法。一般认为，可能是由氧化和深层淬透性不足引起的。法。一般认为，可能是由氧化和深层淬透性不足引起的。危害：降低表面硬度和耐磨性，缩短零件使用寿命。危害：降低表面硬度和耐磨性，缩短零件使用寿命。消除办法：减少氧化性气氛，增加炉子的密封性，排气充分；消除办法：减少氧化性气氛，增加炉子的密封性，排气充分；同时应加快冷却速度以减少非马氏体体组织的出现。同时应加快冷却速度以减少非马氏体体组织的出现。晶间内氧化，晶间内氧化，1Nital 轻浸蚀。轻浸蚀。非常常见，图中非常常见，图中很严重。很严重。内氧化造成表面内氧化造成表面层淬透性降低，产生层淬透性降低，产生的淬火非马氏体组织的淬火非马氏体组织（淬火托氏体为主）。（淬火托氏体为主）。图示的图示的2 张照片都严张照片都严重不合格。重不合格。渗碳层淬火后在表面层和次渗碳层淬火后在表面层和次表面层形成的高温转变组织（贝表面层形成的高温转变组织（贝氏体为主），如果氏体为主），如果0.30mm 内超过内超过5就属于不合格。图示照片上面就属于不合格。图示照片上面一张接近合格，下面严重不合格。一张接近合格，下面严重不合格。4 过热过热 渗碳时或渗碳后加热时过热，表现为钢渗碳时或渗碳后加热时过热，表现为钢的晶粒过大。的晶粒过大。危害：增加脆性，增加表面碳化物的数量，危害：增加脆性，增加表面碳化物的数量，并形成粗大碳化物，甚至形成莱氏体，使并形成粗大碳化物，甚至形成莱氏体，使零件报废。零件报废。消除办法：进行正火后再淬回火。消除办法：进行正火后再淬回火。5 5 表面表面氧化和脱碳氧化和脱碳 原因：原因：渗碳后期渗碳气氛浓度过低，或渗碳渗碳后期渗碳气氛浓度过低，或渗碳后冷却及淬火加热时保护不良。后冷却及淬火加热时保护不良。危害：降低了表面硬度和耐磨性，也降低了接触疲危害：降低了表面硬度和耐磨性，也降低了接触疲劳强度，淬火时易开裂。劳强度，淬火时易开裂。防止及消除办法：防止及消除办法：控制扩散期的碳势，出炉后在保控制扩散期的碳势，出炉后在保温坑内滴入甲醇或煤油进行保护；温坑内滴入甲醇或煤油进行保护；补渗或磨掉脱补渗或磨掉脱碳层，喷丸。碳层，喷丸。6表面含碳量过低，渗层深度不足。表面含碳量过低，渗层深度不足。产生原因：渗碳气氛浓度过低，渗碳温度低，时间产生原因：渗碳气氛浓度过低，渗碳温度低，时间 短，炉子漏气，零件表面沉积碳黑，短，炉子漏气，零件表面沉积碳黑，装炉量太多，排气不充分。装炉量太多，排气不充分。危害：降低表面硬度、耐磨性和疲劳强度。危害：降低表面硬度、耐磨性和疲劳强度。消除办法：补渗消除办法：补渗7 渗碳层过深：渗碳层过深：产生原因：渗碳温度偏高，时间过长。产生原因：渗碳温度偏高，时间过长。危害：淬火应力及脆性增加，韧性降低。危害：淬火应力及脆性增加，韧性降低。对严格要求渗层的产品只能报废。对严格要求渗层的产品只能报废。8 渗碳层不均匀渗碳层不均匀产生原因：零件表面不清洁或积碳，炉温不均，气产生原因：零件表面不清洁或积碳，炉温不均，气 氛循环不良或漏气，原材料带状偏析严重。氛循环不良或漏气，原材料带状偏析严重。危害：性能不均，降低使用寿命。危害：性能不均，降低使用寿命。消除办法：补渗消除办法：补渗 为避免层深增加太多，可适当取低为避免层深增加太多，可适当取低 点的渗碳温度点的渗碳温度9 表面腐蚀及氧化表面腐蚀及氧化产生原因：渗碳剂中含有硫及硫酸盐，零件表面不清洁，产生原因：渗碳剂中含有硫及硫酸盐，零件表面不清洁，炉子漏气，零件高温出炉，淬火盐浴脱氧不良。炉子漏气，零件高温出炉，淬火盐浴脱氧不良。危害：表面硬度不均，耐磨性差。危害：表面硬度不均，耐磨性差。10 心部硬度不足心部硬度不足原因：加热与冷却不足。原因：加热与冷却不足。危害：心部韧性有余，强度不够。降低工件的疲危害：心部韧性有余，强度不够。降低工件的疲 劳寿命。劳寿命。消除办法：重新加热淬火提高预冷温度。消除办法：重新加热淬火提高预冷温度。1111心心部出现过多的铁素体部出现过多的铁素体 过过多多的的铁铁素素体体会会破破坏坏心心部部组组织织的的均均匀匀性性，使使心心部部强强度度降降低低，加加速速疲疲劳劳裂裂纹纹的的扩扩展展，为减少铁素体，可以适当提高渗碳温度。为减少铁素体，可以适当提高渗碳温度。1212反常组织反常组织 反反常常组组织织的的特特征征是是在在表表面面渗渗碳碳层层的的过过共共析析区区中中，沿沿二二次次渗渗碳碳体体周周围围出出现现块块状状铁铁素素体体层层。这这种种反反常常组组织织多多半半在在固固体体渗渗碳碳的的沸沸腾腾钢钢中中出出现现。产产生生的的原原因因目目前前尚尚未未搞搞清清，一一般般认认为为氧氧的的存存在在是是产产生生反反常常组组织织的的重重要要原原因因，即即内内氧氧化化是是造造成成反反常常组组织织的原因。的原因。