第四节 钢铁材料渗层深度测定及组织检验
一、渗碳层检测
钢的渗碳层检测包括渗碳层深度测定和渗碳层组织检验。
渗碳层深度检测方法有金相法、硬度法、断口法、剥层化学分析法，其中硬度法是仲裁方法。
（一）金相法
一般来说，以过共析层+共析层+（1/2）亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于碳钢；以过共析层+共析层+亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于合金渗碳钢。以上两种试样应为退火状态。
（二）硬度法
硬度法是从试样边缘起测量显微硬度分布的方法。执行标准为GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核》和GB/T9451-2005《钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定》。
被检测试样应在渗碳、淬火后采用维氏硬度试验方法进行，淬硬层深度是指从零件表面到维氏硬度值为550HV1处的垂直距离。渗碳层的深度就是渗碳淬火硬化层深度，用CHD表示，单位为mm，如CHD=0.8mm；测定维氏硬度时试验力为1kg（）；
硬度测试应在最终热处理后的试样横截面上进行。测试时，一般宽度在1.5mm的范围内，垂直于渗碳层表面沿着两条平行线呈之字形打压痕，在一条直线上两相邻压痕的距离S不小于压痕对角线的倍，两条直线上相错位的压痕间距不应超过0.1mm。测量压痕中心至试样表面的距离精度应在±μm的范围内，每个压痕对角线的测量精度应在±μm以内。
在适当条件下，可使用至HV1的试验力进行试验，并在足够的放大倍数下测量压痕。测试时至少应在两条硬化线上进行，并绘制出每条线的硬度分布曲线（硬度值为纵坐标，至表面的距离为横坐标），用图解法分别确定硬度值为550HV处至表面的距离，如果两数值的差≤0.1mm，则取二者的平均值作为淬硬层深度，否则应重复试验。
上述方法适用于渗碳和碳氮共渗淬火硬化层，距表面3倍于硬化层深度处硬度值小于450HV且硬化层深度大于0.3mm的零件。经协议各方协商，对于距表面3倍于硬化层深度处硬度大于450HV的钢件，可以选择硬度值大于550HV（以25HV为一级）的某一特定值作为界限硬度；可以使用其它维氏硬度载荷；也可以使用努氏硬度。
对于硬化层深度小于0.3mm的钢铁零件，可用显微硬度法和显微组织测量法测量总硬化层深度或有效硬化层深度。具体执行标准为GB/T9451-2005《钢件薄表面总硬化层深
度或有效硬化层深度的测定》。
（三）断口法
断口法是在圆形试棒上开一环形缺口，随炉渗碳后出炉直接淬火，打断后观察断口，灰色纤维状部分为未渗碳部分，而渗碳部分则呈白色瓷状，用读数显微镜测其深度。
（四）试样剥层定碳分析法
取渗碳随炉的试棒，每0.05mm剥一层进行定碳分析。这种方法较繁锁，但可以准确测定渗碳层的碳浓度分布，常用于调试工艺。
根据渗碳件处理工艺，检测各层组织。
二、渗氮层检测
依据标准为GB/T11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织评定》。 （一）渗氮层深度的测定
渗氮层深度的测定方法有硬度法和金相法，其中硬度法是仲裁方法。
1. 硬度法
被检测试样应在渗氮后采用维氏硬度试验方法进行，测定维氏硬度时试验力规定为（），从试样表面沿垂直方向测至比基体维氏硬度值高50HV处的距离为渗氮层深度。基体硬度是指在距表面3倍左右渗氮层深度的位置并至少取3点平均所测得的硬度。
渗氮层深度用DN表示，以毫米计，取小数点后两位。如（），表示界限硬度为300HV，试验力为（）时，渗氮层深度为0.25mm。试验力为时HV后面的数字可省略。
以下二种情况特殊规定：
（1）对于渗氮层硬度变化很平缓的钢件，渗氮层深度可以从试样表面沿垂直方向测至比基体维氏硬度值高30HV处；
（2）当渗氮层的深度与压痕尺寸不适合时，可以协商采用（）—（2kgf）范围的试验力，但须在HV下角标注明，如，表示用（）试验力。
2. 金相法
垂直渗氮层制备试样，放大100倍下进行（必要时也可以采用其它放大倍数），在显微镜下从表面测至与基体组织有明显分界处的距离，即为深氮层深度。
（二）渗氮层脆性检验
渗氮层脆性是指渗氮件表面在一定的试验力作用下，维氏硬度压痕边角碎裂的程度，共分为5级，具体分级标准见表4-2。
表4-2 渗氮层脆性级别说明
级别 1 2 3 4 5 渗氮层脆性级别说明 压痕边角完整无缺 压痕一边或一角碎裂 压痕二边或二角碎裂 压痕三边或三角碎裂 压痕四边或四角碎裂 渗氮层脆性检验应在零件工作部位或随炉试样的表面进行检验，对于渗氮后留有磨量的零件，也可在磨去加工余量后的表面上测定。检验时维氏硬度计试验力规定用（10 kgf），加载必须缓慢（在5s～9s内完成），加载后停留5s～10s，然后去载荷。如有特殊情况，经有关各方协商，亦可采用 N（5 kgf）或 N（30 kgf）的试验力，但须按表4-3的值换算。维氏硬度压痕在放大倍数为100倍下进行检验，每件至少测3点，其中2点以上处于相同级别时，才能定级，否则，需重复测定1次。经气体渗氮的零件，必须进行脆性检验。
表4-3 压痕级别换算 单位：级别
试验力 N（kgf） （5） （10） （30） 1 1 2 2 2 3 压痕级别换算 3 3 4 4 4 5 4 5 5 （三）渗氮层疏松检验
渗氮层疏松是指渗氮件表面化合物内微孔的密集程度，按表面化合物层内微孔的形状、数量、密集程度共分为5级，级别说明见表4-4。
表4-4 渗氮层疏松级别说明
级别 1 2 3 4 5 渗氮层疏松级别说明 化合物层致密，表面无微孔 化合物层较致密，表面有少量细点状微孔 化合物层微孔密集成点状孔隙，由表及里逐渐减少 微孔占化合物层2/3以上厚度，部分微孔聚集分布 微孔占化合物层3/4以上厚度，部分呈孔洞密集分布 渗氮层疏松在显微镜下放大500倍检验。取其疏松最严重的部位，参照级别图及表3说明进行评定。一般零件1～3级为合格，重要零件1～2级为合格。经碳氮共渗处理的零件，必须进行疏松检验。
（四）渗氮层中脉状氮化物检验
脉状氮化物是指渗氮件扩散层中与表面平行走向的脉浪状氮化物，按扩散层中氮化物的形态、数量和分布情况分为5级，级别说明见表4。
扩散层中氮化物在显微镜下放大500倍进行检验，取其组织最差的部位，参照级别图及表4-5说明进行评定。一般零件1～3级为合格，重要零件l～2级为合格。经气体渗氮或离子渗氮的零件必须进行脉状氮化物检验。
表4-5 氮化物级别说明
级别 1 2 3 4 5 氮化物级别说明 扩散层中有极少量呈脉状分布的氮化物 扩散层中有少量呈脉状分布的氮化物 扩散层中有较多呈脉状分布的氮化物 扩散层中有较严重呈脉状和少量断续网状分布的氮化物 扩散层中有连续网状分布的氮化物
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