滲氮層、淬硬層、有效硬化層的硬度和厚度測試
一、鋼鐵零件滲氮(氮化）后的硬度及厚度檢測方法：
隨著工業(yè)的發(fā)展，滲氮處理被更多的應(yīng)用到各行各業(yè)，對滲氮處理的檢測要求也日益提高。下面北京時代山峰科技有限公司為您簡單闡述鋼鐵零件滲氮處理后的硬度及厚度檢測。
滲氮（氣體滲氮、離子滲氮、碳氮共滲、輝光離子氮化）零件的主要技術(shù)要**有效滲氮層深度，表面硬度和局部硬度。某些零件還有滲氮層脆性等級評定要求，完成以上要求，都需顯微維氏硬度檢測進(jìn)行測定。
滲氮層從金相組織劃分，包括從外層化合物層（白亮層）到擴(kuò)散層與基體組織明顯分界處為止的深度。顯微維氏硬度檢測，依據(jù)從工件表面測至與基體有明顯界定硬度值處的垂直距離。
滲氮層深度以字母DN表示。
滲氮層深度硬度檢測方法：
1、試樣的準(zhǔn)備
a、試樣應(yīng)從滲氮零件上切取，如工件不能破壞，也可用與零件相同材料和相同處理工藝的小試樣切取后檢測。
b、試樣切取時要注意，應(yīng)垂直滲氮層表面取樣（詳見金相試樣取樣方法），取樣后進(jìn)行必要的磨拋處理，在磨拋過程中應(yīng)注意冷卻，不能使工件過熱，邊緣不要出現(xiàn)倒角等。
c、檢查滲氮層脆性的試樣，表面粗糙度要求>Ra0.25-0.63um，但不允許把表面化合物層磨掉。
2、檢測
a、根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，一般選用顯微硬度計，檢測力通常選用0.3--1KG，從試樣表面測至比基體維氏硬度值高50HV處的垂直距離為滲氮層厚度。（通常采用梯式硬度測法，即從試樣表面開始，每間隔一定距離打一點）
b、基體硬度的取點與測定，一般在3倍左右滲氮層深度的距離處測得的硬度值(至少取3點，平均值)做為基體硬度值。
c、對于滲氮層硬度變化很平緩的鋼種，（如碳鋼、低碳合金鋼制件），其滲氮層深度可以從試樣表面沿垂直方向測至比基體維氏硬度高30HV處。
d、當(dāng)滲氮層深度有的特別淺，有的則較深時，檢測力可以在0.2KG范圍內(nèi)選擇(并注明，如HV0.2)
e、結(jié)果的表示，滲氮層深度用字母DN表示，深度以毫米計，取小數(shù)點后兩位。（如：0.35DN300HV0.3，表示滲氮層厚度為0.35mm，界限硬度值為300HV，檢測力為0.3KG）。
f、一般零件推薦的小有效滲氮層深度（DN）及上偏差表
單位/mm
有效滲氮層深度DN | 上偏差 | 有效滲氮層深度DN | 上偏差 |
0.05 | 0.02 | 0.35 | 0.15 |
0.1 | 0.05 | 0.4 | 0.2 |
0.15 | 0.05 | 0.5 | 0.25 |
0.2 | 0.1 | 0.6 | 0.3 |
0.25 | 0.1 | 0.65 | 0.3 |
0.3 | 0.1 | 0.75 | 0.3 |
3、總滲氮層深度
是指氮滲入的總深度，一般是指從表面測量到與基體硬度或組織有明顯差別處的垂直距離，單位為mm，包括化合物層和全部擴(kuò)散層。當(dāng)零件以化合物層厚度替代DN要求時，應(yīng)特別說明。厚度要求隨零件服役條件不同而變
4、化合物層厚度
化合物層主要是Fe3N及少量Fe4N和Fe3C相所組成，化合物層硬度較高，提高了零件耐磨性和抗蝕性能。
一般零件推薦的化合物層厚度及公差表（單位/mm）
化合物層厚度 | 上偏差 | 化合物層厚度 | 上偏差 |
0.005 | 0.003 | 0.012 | 0.006 |
0.008 | 0.004 | 0.015 | 0.008 |
0.010 | 0.005 | 0.024 | 0.012 |
5、滲氮層脆性檢驗
a、滲氮層脆性級別按維氏硬度壓痕邊緣碎裂程度分為5級 | 級別 | 滲氮層脆性級別說明 |
1 | 壓痕邊角完整無缺 |
2 | 壓痕一邊或一角碎裂 |
3 | 壓痕二邊或二角碎裂 |
4 | 壓痕三邊或三角碎裂 |
5 | 壓痕四邊或四角碎裂 |
b、滲氮層脆性檢驗一般采用維氏硬度計，試驗力10公斤，試驗力的加載必須緩慢（在5-9S內(nèi)完成），試驗力加載完成后必須停留5-10S，然后卸載試驗力，特殊情況也可采用5KG或者30KG試驗力。
c、維氏硬度壓痕在顯微放大100倍下進(jìn)行檢查，每件至少測3點，其中兩點以上處于相同級別時，才能定級。否則需重新檢驗。
d、滲氮層脆性應(yīng)在零件工作部位或隨爐試樣的表面上檢測，一般零件為1-3級為合格，重要零件1-2級為合格，對于滲氮后留有磨痕的零件，也可在磨去加工余量后的表面上進(jìn)行測定
e、經(jīng)氣體滲氮后的零件，必須進(jìn)行檢驗。
二、鋼鐵件滲碳/碳氮共滲淬火硬化層深度（厚度）檢測：
淬硬層深度（滲碳淬火硬化層）：從零件表面到維氏硬度值為550HV1處的垂直距離。
適用范圍：
本檢測方法適用于滲碳和碳氮共滲硬化層；并經(jīng)熱處理后，距離表面3倍于淬火硬化層深度處，硬度值小于450HV的零件。對于距離表面3倍于淬火硬化層深度處硬度值高于450HV的鋼件，本測定方式也適用，前提條件是選擇硬度值大于550HV（以25HV為**）的某一特定值作為界限硬度。
表示方法：
淬硬層深度用CHD表示，單位為mm。如CHD=0.5mm。
測定維氏硬度值采用試驗力為9.807N（1kgf）。特殊情況可選用4.903N-9.807N，即硬度界限值可使用550HV1以外的其他值。
深度測定：
1、試樣的制作：一般在終熱處理后的工件上垂直取樣，并進(jìn)行必要的研磨拋光（請參考金相試樣的制作）。在樣件的橫截面上進(jìn)行測定。特殊情況可采用隨爐試樣。
2、測定方法：在寬度（W）為1.5mm范圍內(nèi)（即測試區(qū)域的寬度），在與零件表面垂直的一條或多條平行線上測定維氏硬度（一般采用兩條）。每兩相鄰壓痕中心的距離（S）應(yīng)不小于壓痕對角線的2.5倍，按直線方式進(jìn)行逐點打壓測試。逐次相鄰壓痕中心至零件表面的距離差值（即a2-a1），不應(yīng)該超過0.1mm。測量壓痕中心至零件表面的距離精度應(yīng)在±0.25um的范圍內(nèi)，而每個硬度壓痕對角線的測量精度應(yīng)在±0.5um以內(nèi)。試驗力一般采用HV0.1--HV1獲得維氏硬度壓痕，并采用400X以上放大倍數(shù)。
3、深度確定：根據(jù)測試的兩條(或多條)壓痕走線，確定每條壓痕走線硬度值為550HV處至零件表面的距離，如果兩條線數(shù)值的差小于或等于0.1mm，則取它們的平均值做為淬硬層的深度。如果差值大于0.1mm，則應(yīng)重新試驗。
淬硬層深度的校核：
在深度大概確定的情況下，可采用內(nèi)插法校核（在淬硬層深度基準(zhǔn)硬度附近的過渡區(qū)，硬度梯度近似直線變化）。在零件的垂直截面上，距零件表面d1和d2的位置各打5點（建議平行工件表面取點成線），而且d1和d2分別小于和大于確定的淬硬層深度(即以確定的硬化層深度為基線，d1靠近零件表面淬硬層方向，d2靠近零件基體方向)（d2-d1）的值不應(yīng)超過0.3mm。
硬化層深度 CHD=d1+ （d2-d1）X（H1-H3）/（H1-H2）
d1：小于硬化層深度（單位mm）
d2：大于硬化層深度（單位mm）
H3：規(guī)定的硬度值
H1:d1處的平均硬度值
H2：d2處的平均硬度值
備注：使用內(nèi)插法時，好檢查緊靠表層下面區(qū)域的硬度，如果次表面的殘留奧氏體過多，這一區(qū)域的硬度可能低于550HV的極限硬度值。
三、鋼鐵零件表面淬火后的硬度及淬火厚度（深度）檢測方法：
有效硬化層深度（DS）：是指從零件表面到維氏硬度等于極限硬度那一層之間的距離。
極限硬度（HVHL）：是指零件表面所要求的低硬度（HVMS）乘以系數(shù)，通常HV1試驗力系數(shù)可以選用0.8，也可以選用0.9或者更高（如零件表面硬度320HV，那么極限硬度=320X0.8=256HV）。
1、試驗力的選擇
通常選用顯微維氏硬度計，試驗力通常選用HV1(9.807N),也可選用4.9N-49N范圍內(nèi)。
2、 檢測
a、檢測應(yīng)在規(guī)定試樣表面的一個或者多個區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，并在圖紙上注明。
b、檢測試樣的制備：
應(yīng)在垂直淬硬面切取試樣，切斷面作為檢測面。檢測面應(yīng)做好磨拋處理，使其達(dá)到光潔如鏡。在切割、磨拋過程中要注意避免工件過熱、變形、出現(xiàn)倒角等。詳見技術(shù)文章欄目內(nèi)的《金相試樣制備流程》，這里不做過多闡述。
c、硬度檢測：
硬度壓痕應(yīng)當(dāng)打在垂直于表面的一條或多條平行線上，而且寬度為1.5mm區(qū)域內(nèi)，靠近表面的壓痕中心與表面的距離為0.15mm，從表面到各逐次壓痕中心的距離應(yīng)每次增加0.1mm。當(dāng)表面硬化層深度大時，各壓痕中心的距離可以大一些，但在接近極限硬度區(qū)域附近，仍應(yīng)保持壓痕中心之間的距離為0.1mm。
d、測量結(jié)果：
用垂直表面橫截面上的硬度變化曲線來確定有效硬化層深度。由繪制的硬度變化曲線，確定從零件表面到硬度值等于極限硬度的距離，這個距離就是感應(yīng)淬火或火焰淬火后有效硬化層深度。
備注：
一個區(qū)域內(nèi)有多條硬度變化曲線時，應(yīng)取各曲線測得的硬化層深度平均值，作為有效硬化層深度。有效硬化層深度用字母DS表示，深度單位為mm，例如硬化層深度0.5mm可以寫成DS0.5。
