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什么是滲碳淬火？表面滲碳有何用？如何無損檢測滲碳層深度和硬度？

何謂滲碳淬火？表面滲碳有什么用？——表面滲碳淬火熱處理原理

  鋼的韌性（延展性）隨著碳含量的降低而增加，因為在顯微組織中發(fā)現(xiàn)的脆性滲碳體較少。如果組件要非常堅韌，則它們必然不可避免地要相對低碳。然而，與此同時，由于碳含量低，材料的淬透性降低，因為特別是在晶格中強制溶解的碳導致必要的馬氏體形成。作為指導原則，碳含量至少應為0.3％，以進行硬化。但是，諸如齒輪之類的組件需要兼有兩個相互矛盾的特性：
  ? 芯部中的碳含量低，從而具有高韌性（吸收動態(tài)載荷）
  ? 表面的高碳含量可提高表面層的可硬化性（增加耐磨性）。
  對于此類應用，表面滲碳淬火硬化是合適的，通常結構如下：
  ? 滲碳
  ? 冷卻（直接淬火硬化不需要）
  ? 硬化（淬火和回火）
  在表面硬化時，首先將碳含量不超過0.2％的低碳鋼（表面硬化鋼）暴露在含碳環(huán)境中。早期，實際上將鋼放在發(fā)光的焦炭“盒”中。碳然后擴散到表層，在其中導致碳含量富集到約0.8％的可淬火硬化水平，而芯部基材則保持低碳狀態(tài)。在表層中的這種碳積累也稱為滲碳。
  由于僅奧氏體組織能夠吸收足夠量的碳，因此滲碳過程中的溫度高于900°C，滲碳時間為數小時。用這種方法可以經濟地獲得0.1至約5mm的滲碳深度。由于滲碳是一種擴散控制的過程，因此在較高的溫度下可以減少滲碳時間，但同時會增加形成粗大晶粒的風險。
  滲碳可以以不同的方式進行。在氣體滲碳過程中，組件會暴露在含碳氣氛中。這在批量生產中特別經濟。鹽浴中的滲碳也是可能的。另外，有可能在粉末狀的碳顆粒中滲碳工件。
  在將表面層滲碳至所需的可淬火水平之后，進行實際的硬化過程，從而將相對低碳的芯材進行輕微淬火和回火。為此所需的淬火可以完成
  ? 從再加熱狀態(tài)緩慢冷卻后（單次和兩次淬火硬化）或
  ? 直接從仍然熱的滲碳狀態(tài)（直接硬化）。
  淬火后，始終對淬硬的部件進行回火，從而獲得其期望的使用性能。更重要的是，疲勞強度的增加使表面硬化對于動態(tài)受力的部件（例如齒輪或驅動軸）而言非常有趣。

  通過表面滲碳淬火硬化，低碳鋼首先在表面層中富集碳（滲碳），然后淬火！此類組件的特點是具有很高的表面硬度和非常堅硬的芯部基材（因為碳含量低）！

為什么選擇滲碳淬火處理？表面滲碳淬火有什么優(yōu)勢？

  傳統(tǒng)上，表面滲碳熱處理已用于淬火硬化各種各樣的機械傳動部件，例如傳動軸、齒輪、回轉支承、齒圈和軸承座圈等。滲碳過程簡單明了，數十年來已廣為人知。滲碳淬火的實際優(yōu)勢包括：

  (1) 容易控制滲碳層的深度、碳濃度以及濃度梯度(硬度梯度)。根據滲碳工藝的物理化學特性和零件的工藝條件，通過計算或一些關系曲線，可以簡單地確定真空滲碳熱處理的工藝參數。
  (2) 滲碳件表面質量高。因為滲碳淬火處理在可控氣氛或真空狀態(tài)下進行加熱、浸泡和滲碳后擴散，使零件不產生脫碳和黑色組織等問題，表面干凈。
  (3) 淬火零件具有較高的力學性能。滲碳熱處理件具有表面質量高(不脫碳、不氧化)的特點，因此對表層的應力狀態(tài)和疲勞強度有很好的影響。
  (4) 對具有盲孔、深孔、窄縫零件滲碳效果較好。采用真空滲碳熱處理工藝甚至可以對不銹鋼和硅鋼進行滲碳處理。
  (5) 可獲得薄、厚(可達7mm)、碳濃度高的滲碳層。通過改變滲碳和擴散的時間，可以獲得陡峭或平緩的碳濃度梯度。
  (6) 可進行高溫滲碳熱處理從而縮短了滲碳時間。

如何無損檢測滲碳淬火質量——滲碳層深度CHD/有效硬化層深度和硬度？

  滲碳淬火有效硬化深度(簡稱“滲碳層深度CHD-Case-Hardening-Depth”)的評價是獲得準確的過程控制品質因數的重要參數。測量CHD滲碳有效硬化深度厚度的方法很多。主要是基于光學顯微鏡分析的微觀金相觀察，該顯微金相確定馬氏體和鐵素體-珠光體之間的過渡區(qū)域。在材料橫截面處研究顯微硬度分布可提供更準確的滲碳層深度CHD/表面有效硬化深度。為此，首先在要檢查的淬火工件處以不同角度鋸切，并在進行適當的研磨準備和化學處理后，進行光學和/或硬度深度分布測量。此過程需要相當長的時間，這也意味著可以嚴重延遲報告過程中的嚴重偏差，如果過程出現(xiàn)異常，則可能導致大量錯誤硬化的零件。然而，這兩種破壞式方法都是耗時且昂貴的。那么有沒有新型技術可以快速且無損傷地檢測滲碳淬火質量呢？

碳含量0.5％和0.7％樣品有效硬度深度曲線示例

表面淬火微觀組織結構的顯微金相觀察示例

  表面淬火熱處理工件重要的質量特征是有效硬化深度和硬度，即滲碳淬火后的表面硬化深度（CHD）。另外，為了確保這種工件的質量，在表面和整個表面上的硬度和殘余應力值，甚至在硬度和殘余應力的深度分布圖中都是重要的。為了通過無損檢測改善滲碳淬火熱處理過程，經過適當的校準后，所有這些材料參數都可以通過德國Fraunhofer無損檢測技術研究院3MA綜合無損測試技術確定。如下圖片顯示了滲碳層深度CHD無損測量示例。對于所有表面淬火硬化機制，上海量博實業(yè)有限公司總代理的3MA技術不僅可以確定滲碳層深度CHD、有效硬化深度，而且還可以確定表面硬度、芯部硬度以及兩者之間的硬度值。

兩個不同滲碳層深度CHD的試樣，3MA測試信號之一的對比示例(a: 0.5% C, b:0.7% C)

  無損檢測（NDT）不局限于缺陷檢測或裂紋的應用，而且還擴展到機械和冶金性能的表征。磁性測量通常用于表征鐵質材料結構的變化，因為它們的磁化過程與微觀結構密切相關。這一事實使3MA微磁測量技術成為無損評價、測量和表征的明顯候選者。因此，德國IZFP專家始終密切監(jiān)督和充分利用這種3MA無損檢測方法的潛力。如果您對滲碳淬火質量、材料特性、滲碳層深度CHD/有效硬化層深度測量等有技術疑問，需要服務或僅需要一般信息，我們將為您提供幫助。上海量博實業(yè)有限公司經驗豐富的客戶服務團隊會在工作時間內為您解答有關我們產品，價格，訂購和其他信息的問題。