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滲碳淬火件硬度对淬硬层深度測定的影响 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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作者:黄玉熙 发布时间:2018/12/5 浏览次数:3544 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
颜卫兵1 顏 敏1 顏正夫1 熊高乐1 黃玉熙2 1、台州金鋒热处理有限公司,浙江 台州 317503 2, 芜湖造船厂 安徽 芜湖 241001
摘要:硬度法測定渗碳淬火件的淬硬层深度時,如果硬度不同的零件一律按550HV1的界限硬度測定,測定結果误差較大。应根据滲碳淬火件的表面硬度和基体硬度的高低,对550HV1的界限硬度进行修正,用特定值的界限硬度測定的淬硬深层度才是正確的。 关键词: 淬硬层深度 硬度 渗碳淬火件
Effects hardness of carburized and hardened part on determination of case-hardened depth Yan Weibing1, Yan Min1, Yan Zhengfu1, Xiong Gaole1 Huang Yuxi2
2.2 淬硬层深度与表面硬度的关系 测定渗碳淬火件的淬硬层深度首先要确定界限硬度值, GB/T 9450-2005标准适用于渗碳和碳氮共渗碳件淬火硬化层;并经最终热处理后,距表面3倍于淬火硬化层深度处硬度值(本文称为基体硬度)小于450HV零件,高于450HV的钢件选择大于550HV(以25HV为1级)的某一特定值作为界限硬度【2】。说明基体硬度小于450HV时,才能采用550HV界限硬度。标准对渗碳淬火件的表面硬度没有明确规定,但是渗碳淬火件的硬度多数为58~62HRC ,实际上基本条件中已包含表面硬度为58~62HRC。对于表面硬度高于或低于58~62HRC渗碳淬火件如何确定界限硬度,只能由有关方通过协议确定。 将基体硬度小于450HV,表面硬度为58~62HRC,界限硬度550HV设定为基准条件(或称基准级)。基体硬度高于450HV,表面硬度高于或低于58~62HRC时,必须对550HV界限硬度进行修正,并以25HV作为一级的级差值确定特定值的界限硬度。
圖2 20Cr2Ni4A钢渗碳试样的淬硬层深度与界限硬度的关系 Fig.2 Relationship between case-hardened depth and limit hardness of 20Cr2Ni4A steel carburized specimen.
图2是20Cr2Ni4A钢渗碳淬火试样的淬硬层深度与表面硬度、界限硬度的关系曲线,这是一组具有相同渗碳层深度,不同表面硬度,且各试样的基体硬度都低于450HV。 各试样以各自特定的界限硬度测定的淬硬层深度都交于CHD=2.63mm水平线上,只有表面硬度为59HRC试样以550HV界限硬度相交在该水平线上,说明表面硬度59HRC试样符合基准级条件。其他试样分别以不同的界限硬度测定的淬硬层深度也在这条水平线上。表明各试样根据表面硬度高低确定特定值界限硬度,然后用特定值界限硬度测定的淬硬层深度与基准级的淬硬层深度是相符合的。 表面硬度62.5HRC试样用高于基准级一级的575HV1特定界限硬度;而表面硬度56.5HRC试样用低于基准级一级的525HV1的特定界硬度,两试样用特定值界硬度测定的淬硬深度均与基准级的淬硬层深度相符合,表明表面硬度的级差约为3个HRC。从图2可以看出,即使基体硬度都小于450HV1,而表面硬度不同的渗碳淬火件,如果一律按550HV1界限硬度测定的淬硬层深度相差很大,如图2中虚线所示。说明渗碳淬火件的表面硬度是确定界限硬度一个不可缺少的条件,是影响淬硬层深度测定结果的一个重要因素。
3 淬硬层深度与基体硬度的关系 3.1 基体硬度 从总硬化层深度往基体金属内部的硬度基本上趋于稳定,该区域内的硬度称为基体硬度(HV),如图3实测的硬化层硬度分布曲线中呈水平线区域內的硬度。标准中規定距表面3倍淬火硬化层深度处硬度,其检測部位就在基体硬度測定的区域內,该处的硬度实际上就是基体硬度。 图3总硬化层处的硬度为342HV1,而距表面3倍淬硬层深度处硬度为331HV1。总硬化层处的硬度高低直接影响硬化层硬度分布曲线的梯度大小,影响渗碳淬火件淬硬层深度值,离总硬化层较远处的硬度高低不再改变曲线梯度,就不会影响淬硬层深度的检测结果。 图3 渗碳淬火钢件硬化层硬度分布曲线 Fig.3 Hardness distribution curve of hardened Layer of carburized and hardened part
3.2 淬硬层深度与基体硬度的关系 标准规定距表面3倍于淬硬层处硬度值高于450HV的钢件,选择硬度值大于550HV(以25HV为一級)的某一特定值作为界限硬度,但标准没有对基体硬度等级如何划分,每级的级差值是多少也没有作具体說明。 图4 是EN30B钢试样的淬硬层深度与表面硬度、基体硬度和界限硬度的关系曲线,该組试样具有相同渗碳层深度,不同表面硬度,不同基体硬度,且基体硬度均高于450HV1。 图4 EN30B钢渗碳试样淬硬层深度与界限硬度的关系 Fig.4 Relationship between case-hardened depth and limit Hardness of EN30B steel carburized specimen.
参照图2设定的基准级条件,59HRC试样的表面硬度符合基准级要求,而基体硬度为532HV1,以高出基准级二级的特定界限硬度(600HV1),相交于淬硬层深度为CHD=2.26mm水平线,基体硬度每级的级差应不低于41HV1,取50个 HV作为一个进级数。 其他试样用各自特定值界限硬度測定的淬硬层深度接近CHD=2.26mm。与基准级测定的 的淬硬层深度相符合。如果一律用550HV界限硬度測定時,各试样的淬硬层深度相差很大, 如图4 中粗虚线所示,检测结果见表2。 表2 EN30B钢的淬层深度与滲碳试样硬度的关系 Table 2 Relationship between case-hardened depth and hardness of EN30B steel carburized
specimen.
4 特定值界限硬度的确定 4.1 基准级与进级等级的设定 将基体硬度低于450HV,表面硬度60±1.5HRC ,界限硬度550HV,设定为基准級。 试验结果表明:表面硬度以3个HRC单位作为一个进級或降級单位,基体硬度高于450HV時,按50个HV单位作为一个进級单位。无论是表面硬度或是基体硬度每进1級或降1級,都以25HV对550HV的界限硬度值进行修正。 4.2 界限硬度与基体硬度、表面硬度的关系 测定渗碳淬火件的淬硬层深度,首先要确定界限硬度,而界限硬度与渗碳件表面硬度和 基体硬度有关。表3是表示界限硬度的进級数与渗碳淬火件硬度的关系,表4是按总的进級 数确定修正后的界限硬度值(特定值界限硬度)。
表3 界限硬度进級数与渗碳淬火件硬度的关系 Table 3 Relationship between progressive series of limit hardness and hardness of carburized and hardened part
表4 界限硬度与渗碳淬火件硬度的关系 Table 4 Relationship between limit hardness and hardness of carburized and hardened part
从以上各图实测界限硬度与按表4确定的界限硬度是相符合的。
5讨论与建议 5.1建议明确基体硬度定义 從总硬化层深度往基体金属趋于稳定区域内的硬度称为基体硬度(HV)。建议离总硬化层深度1.0~2.0mm范围內检测硬度的平均值作为基体硬度(HV)。 测定渗碳件的淬硬层深度通常是采取内插法测定,不测定硬化层硬度分布曲线,无法确定基体硬度,这种情况下以距表面3倍淬硬层深度处的硬度作为基体硬度。 5.2 渗碳淬火件的 硬度对淬硬层深度测定的影响 无论是GB/T 9450-2005或是ISO 2639-2002【3】及ISO 18203-2016【4】等标准,只对基体硬度值高于450HV的钢件,选择硬度值大于550HV的某一特定值作为界限硬度,但没有对基体硬度进级的级差值作出具体规定,几个标准都沒有提出渗碳件表面硬度高低对确定界限硬度值的影响,通过试验表明表面硬度高低影响淬硬层深度的测定,只有表面硬度为60±1.5HRC,基体硬度小于450HV1的渗碳淬火件可直接采用550HV的界限硬度测定淬硬层深度。渗碳件的表面硬度高于或低于60±1.5HRC,若仍取550HV1作为界限硬度,測定淬硬层深度都出现偏差,这是我们在执行该标准过程中遇到最难解决的问题。由试验得出界限硬度与表面硬度、基体硬度之间存在一定关系,无论是基体硬度或是表面硬度都会影响界限硬度的确定。我们在执行该标准过程中,对表面硬度低于58HRC或基体硬度高于450HV的渗碳淬火件时,与有关方商议按表4界限硬度与渗碳淬火件硬度的关系来确定界限硬度,然后用特定值的界限硬度測定渗碳淬火件的淬硬层深度。
6 结论 1)渗碳淬火件的表面硬度(HRC)和基体硬度(HV)是确定界限硬度的两个重要因素,缺一不可。将基体硬度低于450HV,表面硬度60±1.5HRC ,界限硬度550HV,设定为基准級。 2)渗碳淬火件的基体硬度高于450HV、表面硬度高于或低于60±1.5HRC,必須对550HV界限硬度进行修正,然后用特定值的界限硬度測定的淬硬层深度与基淮級測定的淬硬层深度是相符合的。 3)渗碳或碳氮共渗淬火钢件测定淬硬层深度时,表面硬度和基体硬度符合基准级要求,直接用550HV界限硬度测定。若不符合则按下表确定其特定值的界限硬度(HV),然后用特定值界限硬度测定渗碳淬火件的淬硬层深度。
界限硬度与渗碳淬火件硬度的关系 Relationship between limit hardness and hardness of carburized and hardened part
4)本文只是起抛砖引玉作用与同行探讨,供在执行该标准时参考。
参考文献 : [1]GB/T 8539-2000(齿轮材料及热处理品质检验的一般規定) p6,表6,7.1. [2]GB/T 9450-2005(鋼件滲碳淬火硬化层深度的測定和校核) [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
作者簡介 颜卫兵(1972—)总经理,本科学历 从事热处理新设备开发、新工艺的研究,获得6项发明专利, 联系电话13906566385 E-mail:yanwb@126.con 通訊作者:颜 敏 常务付总,从事热处理生产技术管理,联系电话13575870844 E-mail:106481354@qq.com
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