渗碳缺陷及质量控制.ppt

6.2.8 渗碳质量控制一、渗碳工件的检验一、渗碳工件的检验1 检验项目检验项目 1）渗碳层深度的检验，一般在渗碳后进行。）渗碳层深度的检验，一般在渗碳后进行。 2）渗碳层和心部硬度的检验，一般在热处理后进行。）渗碳层和心部硬度的检验，一般在热处理后进行。 3）渗碳层含碳量及浓度梯度的检验。）渗碳层含碳量及浓度梯度的检验。 4）渗碳层和心部组织的检验。）渗碳层和心部组织的检验。 5）渗碳件力学性能的检验。此种检验的目的是为了寻）渗碳件力学性能的检验。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度、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。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 宏观断口分析宏观断口分析 此法是将随炉渗碳的试样直此法是将随炉渗碳的试样直接淬火，然后打断，观察其断口。接淬火，然后打断，观察其断口。在断口上渗碳层呈白色瓷状断口，在断口上渗碳层呈白色瓷状断口，未渗碳部分为灰色纤维状断口，未渗碳部分为灰色纤维状断口，根据两种断口交界至表面的距离根据两种断口交界至表面的距离就可以量出渗碳层深度，从而可就可以量出渗碳层深度，从而可以确定出炉时间。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 此法是用金相显微镜对渗碳试样横截面进行显微测量。试样此法是用金相显微镜对渗碳试样横截面进行显微测量。试样须先退火，经渗碳后表层为高碳钢，心部为低碳钢，因此，从表至须先退火，经渗碳后表层为高碳钢，心部为低碳钢，因此，从表至里组织也是从过共析到亚共析逐惭变化。里组织也是从过共析到亚共析逐惭变化。 一般应用较广而且比较容易测量的是以组织中有一般应用较广而且比较容易测量的是以组织中有5050珠光体处珠光体处为标准分界，即渗碳层深度等于过共析层十共析层为标准分界，即渗碳层深度等于过共析层十共析层+1/2+1/2亚共析层的亚共析层的总和。有时对于某些合金钢的渗碳层是测量到出现原始组织为止。总和。有时对于某些合金钢的渗碳层是测量到出现原始组织为止。 金相显微组织法测量渗层深度方法金相显微组织法测量渗层深度方法 显微镜放大倍数为显微镜放大倍数为100倍（用带刻度倍（用带刻度10倍的目镜倍的目镜与与10倍的物镜），每小格的尺度为倍的物镜），每小格的尺度为0.013mm。1. 低碳钢淬火试样要进行正火，磨抛后用低碳钢淬火试样要进行正火，磨抛后用 4%硝硝酸酒精浸蚀。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1/2处。处。2. 低碳合金钢淬火试样要进行等温退火（或渗碳后低碳合金钢淬火试样要进行等温退火（或渗碳后缓冷试缓冷试 样），磨抛后用样），磨抛后用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）硬度检查方法硬度检查方法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）渗碳层金相组织检验渗碳层金相组织检验 金相组织检验主要是指检验渗碳层碳化物级别、马氏体级别、金相组织检验主要是指检验渗碳层碳化物级别、马氏体级别、残留奥氏体的数量和组织缺陷。残留奥氏体的数量和组织缺陷。 渗碳后的金相组织评级标准（以拖拉机渗碳齿轮为例）渗碳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%硝硝酸酒精溶液浸蚀，在酸酒精溶液浸蚀，在400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 虽然金相分析可以大致的了解渗碳层的浓度虽然金相分析可以大致的了解渗碳层的浓度分布情况，但并不精确。为此，常用剥层分析方分布情况，但并不精确。为此，常用剥层分析方法进行浓度梯度的检验。法进行浓度梯度的检验。 该方法是将该方法是将2020404080mm80mm的随渗试样，进的随渗试样，进行行0.050.050.10.1毫米的分层别离，然后进行定碳分毫米的分层别离，然后进行定碳分析。根据分析的数据作出含碳最与离表面距离的析。根据分析的数据作出含碳最与离表面距离的分布曲线，该曲线反映出渗层浓度分布情况。分布曲线，该曲线反映出渗层浓度分布情况。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2 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 3 黑色组织黑色组织4 4 过热过热5 5 表面脱碳表面脱碳6 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 7 渗碳层过深渗碳层过深8 8 渗碳层不均匀渗碳层不均匀9 9 表面腐蚀及氧化表面腐蚀及氧化10 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，使表面含碳量过高。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。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。用寿命。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；和工艺参数，使渗层浓度不致于过高；进行进行ACm以上的高温淬火或正火以上的高温淬火或正火 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，使表面含碳量过高。淬火温度过高。渗碳剂浓度太高，使表面含碳量过高。淬火温度过高。 危害：降低表面硬度和接触疲劳、弯曲疲劳性能，淬火易变形。危害：降低表面硬度和接触疲劳、弯曲疲劳性能，淬火易变形。 消除办法：进行高温回火后，重新加热淬火或冷处理。消除办法：进行高温回火后，重新加热淬火或冷处理。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，表现为钢的晶粒过大。渗碳时或渗碳后加热时过热，表现为钢的晶粒过大。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，使零件报废。形成莱氏体，使零件报废。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 表面氧化和脱碳表面氧化和脱碳 原因：原因： 渗碳后期渗碳气氛浓度过低，或渗碳后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。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；补渗或磨掉脱碳补渗或磨掉脱碳层，喷丸。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 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 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 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。