滲層厚度的測定

1、金相法滲層厚度的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)了解滲碳、滲氮工藝及滲碳后熱處理的組織特征。2)掌握金相法測定滲層深度的方法。二、原理概述 滲碳是將鋼件置于滲碳介質(zhì)中，加熱到單相奧氏體區(qū)，保溫一定時間使碳原子滲入鋼件表面層的熱處理工藝。滲碳的目的是使鋼件獲得硬而耐磨的表面，同時又使心部保持一定的韌性和強(qiáng)度。對于進(jìn)行滲碳的鋼材是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都小于03的低碳鋼和低碳合金鋼，滲碳后的工件主要用于受嚴(yán)重磨損和較大沖擊載荷的零件，如齒輪、曲軸、凸輪軸等。滲碳溫度一般取860930，不僅使鋼處于奧氏體狀態(tài)，而又不使奧氏體晶粒顯著長大。近年來，為了提高滲碳速度，也有將滲碳溫度提高到1000左右的，滲碳層的深度根據(jù)鋼

2、件的性能要求決定，一般為l mm左右。按照滲碳介質(zhì)的狀態(tài)，可分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳三種，常用固體和氣體滲碳。滲氮又稱氮化，是指向鋼的表面層滲入氮原子的過程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性等。傳統(tǒng)的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動的氨氣并加熱，保溫較長時間后，氨氣熱分解產(chǎn)生活性氮原子,不斷吸附到工件表面，并擴(kuò)散滲入工件表層內(nèi), 滲入鋼中的氮一方面由表及里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結(jié)合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化鉻。這些氮化物具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性和很高的彌散度，因而可使?jié)B氮后的鋼件得到高的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度

3、、抗咬合性、抗大氣和過熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，并降低缺口敏感性。與滲碳工藝相比，滲氮溫度比較低，因而畸變小，但由于心部硬度較低，滲層也較淺，一般只能滿足承受輕、中等載荷的耐磨、耐疲勞要求，或有一定耐熱、耐腐蝕要求的機(jī)器零件，以及各種切削刀具、冷作和熱作模具等。滲氮有多種方法，常用的是氣體滲氮和離子滲氮。目前生產(chǎn)中多采用氣體滲氮法。 1滲碳工藝 將滲碳件置入具有活性碳?xì)夥罩屑訜岬?60930，保溫一定時間，再將滲碳后的鋼件按照性能要求不同，進(jìn)行不同的熱處理工藝有直接淬火、一次淬火和二次淬火三種。 2滲碳及滲碳淬火后的金相組織 鋼在滲碳后因冷卻方式不同，可得到平衡狀態(tài)的組織或非平衡狀態(tài)的組

4、織。 (1)平衡狀態(tài)的滲碳組織 、 鋼滲碳緩冷后的顯微組織符合鐵一碳平衡相圖，表面到中心依次是過共析區(qū)、共析區(qū)、亞共析區(qū)和原始組織(圖1是20鋼滲碳后的平衡組織)。滲碳的過程是碳原子在-Fe中的擴(kuò)散過程。 圖1 . 20鋼滲碳后的平衡組織 (100×) 1)過共析區(qū)。這是滲碳零件的最表面層，該區(qū)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0811 2，其組織為珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體。 2)共析區(qū)。由表面過共析區(qū)往心部就是共析區(qū)，該區(qū)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為077，其組織為珠光體。 3)亞共析區(qū)。由共析區(qū)往心部緊接著是亞共析區(qū)，該區(qū)的碳含量由表及里逐漸降低，直至過渡到心部原始成分為止，組織為珠光體和鐵素體的混合組織，

5、越接近心部，鐵素體量越多而珠光體量越少。 4)心部。該區(qū)是滲件的原始組織，對于低碳鋼組織由鐵素體和珠光體組成。(2)非平衡狀態(tài)的滲碳組織 滲碳改變了零件表面層的含碳量，但為了獲得不同的組織和性能而滿足滲碳件的使用要求，還必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇慊鹋c低溫回火處理。零件滲碳淬火后，由于淬火工藝和材料等有差異而得到不同組織。但自零件表面至心部的基本組織為：馬氏體+碳化物(少量)+殘留奧氏體 馬氏體+殘留奧氏體 馬氏體 心部低碳馬氏體(或托氏體、索氏體+鐵素體)，圖2為20鋼經(jīng)滲碳后1100高溫淬火回火的組織：粗大針狀馬氏體+大量殘留奧氏體，此類組織在工件中是不允許存在的。 、 滲碳零件的性能主要取決于淬火后

6、的組織，因此在滲碳件的質(zhì)量檢查中，規(guī)定了淬火馬氏體針粗細(xì)、碳化物分布特征、殘留奧氏體數(shù)量以及心部游離鐵素體含量的金相組織檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。滲碳零件正常熱處理工藝采用不完全淬火+低溫回火，淬火后的組織通常應(yīng)為：滲碳層中有適量的粒狀碳化物均勻分布在隱針(或細(xì)針)狀回火馬氏體基體上(圖3)，另有少量(<5)殘留奧氏體，心部為低碳馬氏體或托氏體與索氏體，不允許有過多的大塊狀鐵素體。圖2滲碳后高溫淬火回火組織400× 圖3 滲碳件正常淬火組織400× 3滲層深度的測定測量滲層深度可用顯微硬度法和金相法。金相法是將滲碳件制備成金相樣品，在顯微鏡下通過測微目鏡測量。滲碳層的深度：對于合金滲

7、碳鋼是從表面測量至剛出現(xiàn)鋼材的原始組織為止；對于碳鋼和低碳合金鋼，從表面測量至過渡層的12處為止(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為045)。滲氮層的深度：在放大100倍或200倍的顯微鏡下，從試樣表面沿垂直方向測至與基體組織有明顯的分界處的距離，即為滲氮層深度。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1)金相顯微鏡(帶測微目鏡)、砂輪機(jī)、鑲樣機(jī)、拋光機(jī)等。 2)20鋼(滲碳)、60Cr(滲氮)、浸蝕劑等。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1)將上述試樣進(jìn)行金相試樣制備，樣品制備時應(yīng)使用試樣夾，以免倒角。2)觀察滲碳層及心部組織特征。3)在顯微鏡100倍下對滲碳緩冷試樣和滲氮試樣進(jìn)行滲層深度的測量。五、實(shí)驗(yàn)報告要求1)寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸怼?)簡述滲層