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 顏衛(wèi)兵¹  顏 敏¹   顏正夫¹   熊高樂(lè)¹    黃玉熙²

   1、臺(tái)州金鋒熱處理有限公司，浙江 臺(tái)州  317503  2, 蕪湖造船廠  安徽 蕪湖 241001

摘要：硬度法測(cè)定滲碳淬火件的淬硬層深度時(shí)，如果硬度不同的零件一律按550HV1的界限硬度測(cè)定，測(cè)定結(jié)果誤差較大。應(yīng)根據(jù)滲碳淬火件的表面硬度和基體硬度的高低，對(duì)550HV1的界限硬度進(jìn)行修正，用特定值的界限硬度測(cè)定的淬硬深層度才是正確的。

關(guān)鍵詞：  淬硬層深度  硬度  滲碳淬火件

Effects hardness of carburized and hardened part on determination of case-hardened depth  

Yan Weibing¹， Yan Min¹， Yan Zhengfu¹， Xiong Gaole¹  Huang Yuxi²

1. Taizhou Jinfeng Heat Treatment Co.Ltd, Zhejiang  Taizhou  317503  China , 2. Wuhu shipyard Anhui Wuhu 241001 China)        

    Abstract: Hardness method for determining case-hardened depth of carburized and hardened part, If parts with different hardness detected by the limit hardness of 550 HV1，the result of determination will have a large error. The limit hardness of 550 HV1 must be corrected according to surface hardness and  matrix hardness of carburized and hardened part, the case-hardened depth determined by specific value limit hardness is right.

   Keywords: case-hardened depth， hardness， carburized and hardened part

    

      需要耐磨又具有足夠韌性的零件，通常選擇低碳鋼滲碳或碳氮共滲處理，滲碳層深度是衡量滲碳件的重要指標(biāo)之一。目前普遍采用硬度法測(cè)定滲碳淬火件的淬硬層深度，在有爭(zhēng)議的情況下，硬度法是唯一可采用的仲裁方法。多數(shù)滲碳件要求硬度為58～62HRC，有些滲碳件只要求55～58HRC或更低, 如MQ級(jí)、ME級(jí)齒輪表面硬度為58～64HRC，ML級(jí)齒輪最低55HRC^【1】。具有不同表面硬度的滲碳淬火件,若一律以550HV1界限硬度測(cè)定的淬硬層深度誤差很大，測(cè)定的結(jié)果不能反映滲碳件的真實(shí)淬硬層深度。GB/T 9450-2005 標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有提出滲碳件表面硬度對(duì)測(cè)定淬硬層深度的影響，我們通過(guò)試驗(yàn)確定界限硬度與表面硬度、基體硬度之間的關(guān)系。    

    

   1  試驗(yàn)材料與方法

   試驗(yàn)用鋼為 20CrMnTi、20Cr2Ni4A、EN30B等鋼，EN30B鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)％）為0.30C、0.26Si、0.5Mn、3.98Ni、1.30Cr、0.28Mo。       

   除EN30B鋼試樣尺寸為Φ60XΦ20X50mm外，其他各組試樣尺寸為Φ20X100m。同一組試樣經(jīng)同爐滲碳淬火后，分別經(jīng)不同溫度回火，就得到一組具有相同滲碳層深度，不同表面硬度、不同基體硬度的試樣。測(cè)定各試樣的硬化層硬度分布曲線，以級(jí)差值為25HV的不同界限硬度，用作圖法求出相應(yīng)的淬硬層深度，然后繪制出該組各試樣的淬硬層深度與表面硬度、基體硬度和界限硬度的關(guān)系曲線。

    

   2  淬硬層深度與滲碳淬火件表面硬度的關(guān)系    

    2.1  硬化層硬度分布曲線

      圖1 是一組20CrMnTi鋼具有相同滲碳層深度，不同表面硬度和不同基體硬度的硬化

   層硬度分布曲線，從圖中曲線可見(jiàn)，表面硬度降低的同時(shí)也伴隨著基體硬度減小，但基體硬度降低的幅度較小，總硬化層深度不變。若各試樣均以550HV1界限硬度測(cè)定的淬硬深度卻相差很大,如圖1(a)所示；如果各試樣分別用各自特定的界限硬度測(cè)定的淬硬層深度是相同的，見(jiàn)圖1(b)及表1。

    

   （a）550HV1界限硬度測(cè)定的淬硬層深度          (b)  用特定值界限硬度測(cè)定的淬硬層深度

     圖1  20CrMnTi鋼滲碳試樣的淬硬層深度與表面硬度的關(guān)系

                   （本文各圖方框中xxHRC表示試樣表面硬度、xxxHV表示基體硬度）

   Fig.1 Relationship between case-hardened depth and surface hardness of 20CrMnTi steel 

   carburized specimen.        

1. The case-hardened depth detected by the limit hardness of 550 HV1 limit hardness.

2. The case-hardened depth determined by specific value limit hardness.

   （This article is in the frame of each diagram ,xx HRC indicates surface hardness, xxx HV indicates matrix hardness）

    

   表1   淬硬層深度與滲碳試樣硬度的關(guān)系

   Table 1 Relationship between case-hardened depth and hardness of carburized specimen

2.2  淬硬層深度與表面硬度的關(guān)系

測(cè)定滲碳淬火件的淬硬層深度首先要確定界限硬度值, GB/T 9450-2005標(biāo)準(zhǔn)適用于滲碳和碳氮共滲碳件淬火硬化層;并經(jīng)最終熱處理后，距表面3倍于淬火硬化層深度處硬度值（本文稱為基體硬度）小于450HV零件，高于450HV的鋼件選擇大于550HV（以25HV為1級(jí)）的某一特定值作為界限硬度^【2】。說(shuō)明基體硬度小于450HV時(shí)，才能采用550HV界限硬度。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)滲碳淬火件的表面硬度沒(méi)有明確規(guī)定，但是滲碳淬火件的硬度多數(shù)為58～62HRC ，實(shí)際上基本條件中已包含表面硬度為58～62HRC。對(duì)于表面硬度高于或低于58～62HRC滲碳淬火件如何確定界限硬度，只能由有關(guān)方通過(guò)協(xié)議確定。

將基體硬度小于450HV，表面硬度為58～62HRC，界限硬度550HV設(shè)定為基準(zhǔn)條件（或稱基準(zhǔn)級(jí)）�；�體硬度高于450HV，表面硬度高于或低于58～62HRC時(shí)，必須對(duì)550HV界限硬度進(jìn)行修正，并以25HV作為一級(jí)的級(jí)差值確定特定值的界限硬度。

圖2  20Cr2Ni4A鋼滲碳試樣的淬硬層深度與界限硬度的關(guān)系

Fig.2 Relationship between case-hardened depth and limit hardness of 20Cr2Ni4A steel carburized specimen.

圖2是20Cr2Ni4A鋼滲碳淬火試樣的淬硬層深度與表面硬度、界限硬度的關(guān)系曲線,這是一組具有相同滲碳層深度，不同表面硬度，且各試樣的基體硬度都低于450HV。

各試樣以各自特定的界限硬度測(cè)定的淬硬層深度都交于CHD=2.63mm水平線上，只有表面硬度為59HRC試樣以550HV界限硬度相交在該水平線上，說(shuō)明表面硬度59HRC試樣符合基準(zhǔn)級(jí)條件。其他試樣分別以不同的界限硬度測(cè)定的淬硬層深度也在這條水平線上。表明各試樣根據(jù)表面硬度高低確定特定值界限硬度，然后用特定值界限硬度測(cè)定的淬硬層深度與基準(zhǔn)級(jí)的淬硬層深度是相符合的。   

表面硬度62.5HRC試樣用高于基準(zhǔn)級(jí)一級(jí)的575HV1特定界限硬度；而表面硬度56.5HRC試樣用低于基準(zhǔn)級(jí)一級(jí)的525HV1的特定界硬度，兩試樣用特定值界硬度測(cè)定的淬硬深度均與基準(zhǔn)級(jí)的淬硬層深度相符合，表明表面硬度的級(jí)差約為3個(gè)HRC。從圖2可以看出,即使基體硬度都小于450HV1，而表面硬度不同的滲碳淬火件，如果一律按550HV1界限硬度測(cè)定的淬硬層深度相差很大，如圖2中虛線所示。說(shuō)明滲碳淬火件的表面硬度是確定界限硬度一個(gè)不可缺少的條件，是影響淬硬層深度測(cè)定結(jié)果的一個(gè)重要因素。  

3  淬硬層深度與基體硬度的關(guān)系

 3.1  基體硬度

從總硬化層深度往基體金屬內(nèi)部的硬度基本上趨于穩(wěn)定，該區(qū)域內(nèi)的硬度稱為基體硬度(HV)，如圖3實(shí)測(cè)的硬化層硬度分布曲線中呈水平線區(qū)域內(nèi)的硬度。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定距表面3倍淬火硬化層深度處硬度，其檢測(cè)部位就在基體硬度測(cè)定的區(qū)域內(nèi)，該處的硬度實(shí)際上就是基體硬度。

圖3總硬化層處的硬度為342HV1，而距表面3倍淬硬層深度處硬度為331HV1�？傆不瘜犹幍挠捕雀叩椭苯佑绊懹不瘜佑捕确植记�線的梯度大小，影響滲碳淬火件淬硬層深度值，離總硬化層較遠(yuǎn)處的硬度高低不再改變曲線梯度，就不會(huì)影響淬硬層深度的檢測(cè)結(jié)果。

 圖3  滲碳淬火鋼件硬化層硬度分布曲線

   Fig.3 Hardness distribution curve of hardened Layer of carburized and hardened part

3.2  淬硬層深度與基體硬度的關(guān)系

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定距表面3倍于淬硬層處硬度值高于450HV的鋼件，選擇硬度值大于550HV（以25HV為一級(jí)）的某一特定值作為界限硬度，但標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)基體硬度等級(jí)如何劃分，每級(jí)的級(jí)差值是多少也沒(méi)有作具體說(shuō)明。

圖4 是EN30B鋼試樣的淬硬層深度與表面硬度、基體硬度和界限硬度的關(guān)系曲線，該組試樣具有相同滲碳層深度，不同表面硬度，不同基體硬度，且基體硬度均高于450HV1。

圖4  EN30B鋼滲碳試樣淬硬層深度與界限硬度的關(guān)系

Fig.4 Relationship between case-hardened depth and limit

                 Hardness of EN30B steel carburized specimen.

參照?qǐng)D2設(shè)定的基準(zhǔn)級(jí)條件，59HRC試樣的表面硬度符合基準(zhǔn)級(jí)要求，而基體硬度為532HV1，以高出基準(zhǔn)級(jí)二級(jí)的特定界限硬度（600HV1）,相交于淬硬層深度為CHD=2.26mm水平線，基體硬度每級(jí)的級(jí)差應(yīng)不低于41HV1，取50個(gè) HV作為一個(gè)進(jìn)級(jí)數(shù)。

   其他試樣用各自特定值界限硬度測(cè)定的淬硬層深度接近CHD=2.26mm。與基準(zhǔn)級(jí)測(cè)定的

的淬硬層深度相符合。如果一律用550HV界限硬度測(cè)定時(shí)，各試樣的淬硬層深度相差很大，      

如圖4 中粗虛線所示，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。                              

表2  EN30B鋼的淬層深度與滲碳試樣硬度的關(guān)系

Table 2  Relationship between case-hardened depth and hardness of EN30B steel carburized 

specimen.

4  特定值界限硬度的確定

4.1  基準(zhǔn)級(jí)與進(jìn)級(jí)等級(jí)的設(shè)定

將基體硬度低于450HV，表面硬度60±1.5HRC ，界限硬度550HV，設(shè)定為基準(zhǔn)級(jí)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：表面硬度以3個(gè)HRC單位作為一個(gè)進(jìn)級(jí)或降級(jí)單位，基體硬度高于450HV時(shí)，按50個(gè)HV單位作為一個(gè)進(jìn)級(jí)單位。無(wú)論是表面硬度或是基體硬度每進(jìn)1級(jí)或降1級(jí)，都以25HV對(duì)550HV的界限硬度值進(jìn)行修正。

4.2  界限硬度與基體硬度、表面硬度的關(guān)系

測(cè)定滲碳淬火件的淬硬層深度，首先要確定界限硬度，而界限硬度與滲碳件表面硬度和

基體硬度有關(guān)。表3是表示界限硬度的進(jìn)級(jí)數(shù)與滲碳淬火件硬度的關(guān)系，表4是按總的進(jìn)級(jí)

數(shù)確定修正后的界限硬度值（特定值界限硬度）。

表3   界限硬度進(jìn)級(jí)數(shù)與滲碳淬火件硬度的關(guān)系   

Table 3  Relationship between progressive series of limit hardness and hardness of carburized and hardened part

表4    界限硬度與滲碳淬火件硬度的關(guān)系

Table 4 Relationship between limit hardness and hardness of carburized and hardened part

    從以上各圖實(shí)測(cè)界限硬度與按表4確定的界限硬度是相符合的。

5討論與建議

5.1建議明確基體硬度定義

從總硬化層深度往基體金屬趨于穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的硬度稱為基體硬度(HV)。建議離總硬化層深度1.0～2.0mm范圍內(nèi)檢測(cè)硬度的平均值作為基體硬度（HV）。

測(cè)定滲碳件的淬硬層深度通常是采取內(nèi)插法測(cè)定，不測(cè)定硬化層硬度分布曲線，無(wú)法確定基體硬度，這種情況下以距表面3倍淬硬層深度處的硬度作為基體硬度。

5.2 滲碳淬火件的 硬度對(duì)淬硬層深度測(cè)定的影響

無(wú)論是GB/T 9450-2005或是ISO 2639-2002^【3】及ISO 18203-2016^【4】等標(biāo)準(zhǔn)，只對(duì)基體硬度值高于450HV的鋼件，選擇硬度值大于550HV的某一特定值作為界限硬度，但沒(méi)有對(duì)基體硬度進(jìn)級(jí)的級(jí)差值作出具體規(guī)定,幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有提出滲碳件表面硬度高低對(duì)確定界限硬度值的影響，通過(guò)試驗(yàn)表明表面硬度高低影響淬硬層深度的測(cè)定，只有表面硬度為60±1.5HRC,基體硬度小于450HV1的滲碳淬火件可直接采用550HV的界限硬度測(cè)定淬硬層深度。滲碳件的表面硬度高于或低于60±1.5HRC，若仍取550HV1作為界限硬度，測(cè)定淬硬層深度都出現(xiàn)偏差，這是我們?cè)趫?zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中遇到最難解決的問(wèn)題。由試驗(yàn)得出界限硬度與表面硬度、基體硬度之間存在一定關(guān)系，無(wú)論是基體硬度或是表面硬度都會(huì)影響界限硬度的確定。我們?cè)趫?zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，對(duì)表面硬度低于58HRC或基體硬度高于450HV的滲碳淬火件時(shí)，與有關(guān)方商議按表4界限硬度與滲碳淬火件硬度的關(guān)系來(lái)確定界限硬度，然后用特定值的界限硬度測(cè)定滲碳淬火件的淬硬層深度。

6  結(jié)論

1)滲碳淬火件的表面硬度(HRC)和基體硬度(HV)是確定界限硬度的兩個(gè)重要因素，缺一不可。將基體硬度低于450HV，表面硬度60±1.5HRC ，界限硬度550HV，設(shè)定為基準(zhǔn)級(jí)。

2)滲碳淬火件的基體硬度高于450HV、表面硬度高于或低于60±1.5HRC，必須對(duì)550HV界限硬度進(jìn)行修正，然后用特定值的界限硬度測(cè)定的淬硬層深度與基淮級(jí)測(cè)定的淬硬層深度是相符合的。

3)滲碳或碳氮共滲淬火鋼件測(cè)定淬硬層深度時(shí)，表面硬度和基體硬度符合基準(zhǔn)級(jí)要求，直接用550HV界限硬度測(cè)定。若不符合則按下表確定其特定值的界限硬度(HV)，然后用特定值界限硬度測(cè)定滲碳淬火件的淬硬層深度。

界限硬度與滲碳淬火件硬度的關(guān)系

    Relationship between limit hardness and hardness of carburized and hardened part

4）本文只是起拋磚引玉作用與同行探討，供在執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參考。

參考文獻(xiàn) ：

 ［1］GB/T 8539-2000(齒輪材料及熱處理品質(zhì)檢驗(yàn)的一般規(guī)定) p6,表6，7.1.

［2］GB/T 9450-2005（鋼件滲碳淬火硬化層深度的測(cè)定和校核）

 ［3］ISO 2639=2002  Steel-Determination and verification of the effective depth of carburized and hardened case 

［4］ISO 18203 =2016  Steel-Determination of the thickness of surface-hardened layer

作者簡(jiǎn)介

顏衛(wèi)兵（1972—）總經(jīng)理，本科學(xué)歷 從事熱處理新設(shè)備開(kāi)發(fā)、新工藝的研究，獲得6項(xiàng)發(fā)明專利，

聯(lián)系電話13906566385  E-mail:yanwb@126.con

通訊作者：顏 敏 常務(wù)付總，從事熱處理生產(chǎn)技術(shù)管理，聯(lián)系電話13575870844 E-mail:106481354@qq.com