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什么是渗碳淬火？表面渗碳有何用？如何无损检测渗碳层深度和硬度？

何谓渗碳淬火？表面渗碳有什么用？——表面渗碳淬火热处理原理

  钢的韧性（延展性）随着碳含量的降低而增加，因为在显微组织中发现的脆性渗碳体较少。如果组件要非常坚韧，则它们必然不可避免地要相对低碳。然而，与此同时，由于碳含量低，材料的淬透性降低，因为特别是在晶格中强制溶解的碳导致必要的马氏体形成。作为指导原则，碳含量至少应为0.3％，以进行硬化。但是，诸如齿轮之类的组件需要兼有两个相互矛盾的特性：
  • 芯部中的碳含量低，从而具有高韧性（吸收动态载荷）
  • 表面的高碳含量可提高表面层的可硬化性（增加耐磨性）。
  对于此类应用，表面渗碳淬火硬化是合适的，通常结构如下：
  • 渗碳
  • 冷却（直接淬火硬化不需要）
  • 硬化（淬火和回火）
  在表面硬化时，首先将碳含量不超过0.2％的低碳钢（表面硬化钢）暴露在含碳环境中。早期，实际上将钢放在发光的焦炭“盒”中。碳然后扩散到表层，在其中导致碳含量富集到约0.8％的可淬火硬化水平，而芯部基材则保持低碳状态。在表层中的这种碳积累也称为渗碳。
  由于仅奥氏体组织能够吸收足够量的碳，因此渗碳过程中的温度高于900°C，渗碳时间为数小时。用这种方法可以经济地获得0.1至约5mm的渗碳深度。由于渗碳是一种扩散控制的过程，因此在较高的温度下可以减少渗碳时间，但同时会增加形成粗大晶粒的风险。
  渗碳可以以不同的方式进行。在气体渗碳过程中，组件会暴露在含碳气氛中。这在批量生产中特别经济。盐浴中的渗碳也是可能的。另外，有可能在粉末状的碳颗粒中渗碳工件。
  在将表面层渗碳至所需的可淬火水平之后，进行实际的硬化过程，从而将相对低碳的芯材进行轻微淬火和回火。为此所需的淬火可以完成
  • 从再加热状态缓慢冷却后（单次和两次淬火硬化）或
  • 直接从仍然热的渗碳状态（直接硬化）。
  淬火后，始终对淬硬的部件进行回火，从而获得其期望的使用性能。更重要的是，疲劳强度的增加使表面硬化对于动态受力的部件（例如齿轮或驱动轴）而言非常有趣。

  通过表面渗碳淬火硬化，低碳钢首先在表面层中富集碳（渗碳），然后淬火！此类组件的特点是具有很高的表面硬度和非常坚硬的芯部基材（因为碳含量低）！

为什么选择渗碳淬火处理？表面渗碳淬火有什么优势？

  传统上，表面渗碳热处理已用于淬火硬化各种各样的机械传动部件，例如传动轴、齿轮、回转支承、齿圈和轴承座圈等。渗碳过程简单明了，数十年来已广为人知。渗碳淬火的实际优势包括：

  (1) 容易控制渗碳层的深度、碳浓度以及浓度梯度(硬度梯度)。根据渗碳工艺的物理化学特性和零件的工艺条件，通过计算或一些关系曲线，可以简单地确定真空渗碳热处理的工艺参数。
  (2) 渗碳件表面质量高。因为渗碳淬火处理在可控气氛或真空状态下进行加热、浸泡和渗碳后扩散，使零件不产生脱碳和黑色组织等问题，表面干净。
  (3) 淬火零件具有较高的力学性能。渗碳热处理件具有表面质量高(不脱碳、不氧化)的特点，因此对表层的应力状态和疲劳强度有很好的影响。
  (4) 对具有盲孔、深孔、窄缝零件渗碳效果较好。采用真空渗碳热处理工艺甚至可以对不锈钢和硅钢进行渗碳处理。
  (5) 可获得薄、厚(可达7mm)、碳浓度高的渗碳层。通过改变渗碳和扩散的时间，可以获得陡峭或平缓的碳浓度梯度。
  (6) 可进行高温渗碳热处理从而缩短了渗碳时间。

如何无损检测渗碳淬火质量——渗碳层深度CHD/有效硬化层深度和硬度？

  渗碳淬火有效硬化深度(简称“渗碳层深度CHD-Case-Hardening-Depth”)的评价是获得准确的过程控制品质因数的重要参数。测量CHD渗碳有效硬化深度厚度的方法很多。主要是基于光学显微镜分析的微观金相观察，该显微金相确定马氏体和铁素体-珠光体之间的过渡区域。在材料横截面处研究显微硬度分布可提供更准确的渗碳层深度CHD/表面有效硬化深度。为此，首先在要检查的淬火工件处以不同角度锯切，并在进行适当的研磨准备和化学处理后，进行光学和/或硬度深度分布测量。此过程需要相当长的时间，这也意味着可以严重延迟报告过程中的严重偏差，如果过程出现异常，则可能导致大量错误硬化的零件。然而，这两种破坏式方法都是耗时且昂贵的。那么有没有新型技术可以快速且无损伤地检测渗碳淬火质量呢？

碳含量0.5％和0.7％样品有效硬度深度曲线示例

表面淬火微观组织结构的显微金相观察示例

  表面淬火热处理工件重要的质量特征是有效硬化深度和硬度，即渗碳淬火后的表面硬化深度（CHD）。另外，为了确保这种工件的质量，在表面和整个表面上的硬度和残余应力值，甚至在硬度和残余应力的深度分布图中都是重要的。为了通过无损检测改善渗碳淬火热处理过程，经过适当的校准后，所有这些材料参数都可以通过德国Fraunhofer无损检测技术研究院3MA综合无损测试技术确定。如下图片显示了渗碳层深度CHD无损测量示例。对于所有表面淬火硬化机制，上海量博实业有限公司总代理的3MA技术不仅可以确定渗碳层深度CHD、有效硬化深度，而且还可以确定表面硬度、芯部硬度以及两者之间的硬度值。

两个不同渗碳层深度CHD的试样，3MA测试信号之一的对比示例(a: 0.5% C, b:0.7% C)

  无损检测（NDT）不局限于缺陷检测或裂纹的应用，而且还扩展到机械和冶金性能的表征。磁性测量通常用于表征铁质材料结构的变化，因为它们的磁化过程与微观结构密切相关。这一事实使3MA微磁测量技术成为无损评价、测量和表征的明显候选者。因此，德国IZFP专家始终密切监督和充分利用这种3MA无损检测方法的潜力。如果您对渗碳淬火质量、材料特性、渗碳层深度CHD/有效硬化层深度测量等有技术疑问，需要服务或仅需要一般信息，我们将为您提供帮助。上海量博实业有限公司经验丰富的客户服务团队会在工作时间内为您解答有关我们产品，价格，订购和其他信息的问题。