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

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韧性的零件，通常选择低碳钢渗碳或碳氮共渗处理，渗碳层深度是衡量滲碳件的重要指标之一。目前普遍采用硬度法測定渗碳淬火件的淬硬层深度，在有争议的情况下，硬度法是唯一可采用的仲裁方法。多数滲碳件要求硬度为58～62HRC，有些渗碳件只要求55～58HRC或更低, 如MQ级、ME级齿轮表面硬度为58～64HRC，ML级齿轮最低55HRC^【1】。具有不同表面硬度的渗碳淬火件,若一律以550HV1界限硬度測定的淬硬层深度误差很大，測定的結果不能反映渗碳件的真实淬硬层深度。GB/T 9450-2005 标准中没有提出渗碳件表面硬度对测定淬硬层深度的影响，我们通过试验确定界限硬度与表面硬度、基体硬度之间的关系。    

    

   1  试验材料与方法

   试验用钢为 20CrMnTi、20Cr2Ni4A、EN30B等钢，EN30B钢的化学成分（质量分数％）为0.30C、0.26Si、0.5Mn、3.98Ni、1.30Cr、0.28Mo。       

   除EN30B钢试样尺寸为Φ60XΦ20X50mm外，其他各组试样尺寸为Φ20X100m。同一组试样经同炉渗碳淬火后，分别经不同温度回火，就得到一组具有相同渗碳层深度，不同表面硬度、不同基体硬度的试样。测定各试样的硬化层硬度分布曲线，以级差值为25HV的不同界限硬度，用作图法求出相应的淬硬层深度，然后绘制出该组各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。

    

   2  淬硬层深度与渗碳淬火件表面硬度的关系    

    2.1  硬化层硬度分布曲线

      图1 是一组20CrMnTi钢具有相同渗碳层深度，不同表面硬度和不同基体硬度的硬化

   层硬度分布曲线，从图中曲线可见，表面硬度降低的同時也伴随着基体硬度減小，但基体硬度降低的幅度较小，总硬化层深度不变。若各试样均以550HV1界限硬度測定的淬硬深度却相差很大,如图1(a)所示；如果各试样分別用各自特定的界限硬度測定的淬硬层深度是相同的，见图1(b)及表1。

    

   （a）550HV1界限硬度測定的淬硬层深度          (b)  用特定值界限硬度测定的淬硬层深度

     圖1  20CrMnTi钢渗碳试样的淬硬层深度与表面硬度的关系

                   （本文各图方框中xxHRC表示试样表面硬度、xxxHV表示基体硬度）

   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   淬硬层深度与渗碳试样硬度的关系

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

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