高長(zhǎng)旭,邢振平,李 博

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300）

感應(yīng)加熱淬火硬化層深度檢測(cè)方法探討

高長(zhǎng)旭,邢振平,李 博

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300）

針對(duì)淬硬層深的感應(yīng)淬火工件，經(jīng)過(guò)維氏硬度HV1與洛氏硬度HRA硬度分布及硬化層深度的對(duì)比檢驗(yàn)證明，洛氏硬度計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果更具有真實(shí)性和代表性。

感應(yīng)淬火；硬化層深度；極限硬度；顯微硬度HV1；洛氏硬度HRA

1 前言

圖1 自表層至心部硬度變化

不論中頻還是高頻感應(yīng)加熱淬火及火焰加熱淬火，目前對(duì)硬化層深度的測(cè)定，國(guó)內(nèi)都執(zhí)行GB/T5617《鋼的感應(yīng)淬火或火焰淬火后有效硬化層深度的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于出口產(chǎn)品，也會(huì)引用到歐洲標(biāo)準(zhǔn)ISO3754。標(biāo)準(zhǔn)中普遍使用HV1進(jìn)行檢測(cè)。

感應(yīng)加熱淬火，相對(duì)于普通的加熱淬火來(lái)講，硬化層深度都比較淺，在比較淺的硬化層區(qū)域內(nèi)，需要打盡可能多的硬度點(diǎn)，通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)的硬度分布曲線，來(lái)確定極限硬度（HVHL）點(diǎn)到表面的距離。用圖解法在垂直表面橫截面上，根據(jù)硬度變化曲線，來(lái)確定有效硬化層深度，該硬度曲線圖1顯示零件橫截面上的硬度值隨著表面的距離增大而發(fā)生變化及極限硬度HVHL時(shí)的硬化層深度。

對(duì)于較深的硬化層檢驗(yàn)，實(shí)際操作過(guò)程中，如果只是確定硬化層深度，根據(jù)GB/T5617標(biāo)準(zhǔn)5.2測(cè)量方法及5.3測(cè)量結(jié)果的表述條文規(guī)定，通過(guò)維氏硬度測(cè)量，找到極限硬度位置，測(cè)量從試樣表面到極限硬度位置的深度為硬化層深度。上述條文并未規(guī)定一定從表層開始檢驗(yàn)硬度，所以，可以通過(guò)不檢驗(yàn)完全馬氏體區(qū)硬度，而只檢驗(yàn)過(guò)渡區(qū)硬度變化，來(lái)確定極限硬度點(diǎn)，測(cè)定極限硬度點(diǎn)到工件的表面距離，如圖2所示。

對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)者，也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不采用排列硬度曲線，直接找到極限硬度值的那一點(diǎn)，來(lái)測(cè)量到表面的距離，作為硬化層深度的檢測(cè)，完全是可行的。

轉(zhuǎn)盤軸承、風(fēng)電軸承等，多使用連鑄42CrMo材料，硬化層深度要求都比較深，由于其用材不同于軸類和齒輪，在HV1檢驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下兩個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）從表層到心部硬度散差較大，不能代表感應(yīng)加熱淬火區(qū)硬化層真實(shí)的硬度趨勢(shì)，見圖1。

（2）等于或低于極限硬度的點(diǎn)沒有唯一性，硬化層深度的測(cè)量會(huì)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致供、用雙方在測(cè)量硬化層結(jié)果不一致而產(chǎn)生分歧。

圖2 過(guò)渡區(qū)內(nèi)硬度變化

2 對(duì)比驗(yàn)證

選取熱處理后試塊，分別采用HV1和HRA檢測(cè)，HRA檢測(cè)位置緊鄰HV1檢測(cè)位置。兩種檢測(cè)方法都換算為52.5HRC位置到邊沿的最短距離為硬化層深度。

550HV1=52.5HRC; 77.1HRA =52.5HRC。

2.1 檢驗(yàn)結(jié)果

試樣1，HV1檢測(cè)數(shù)據(jù)(換算成HRC)見表1，硬度分布曲線見圖3；HRA檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2，硬度分布曲線見圖4,硬化層深度圖解法7.5mm。

表1 HV1(換算成HRC)檢測(cè)數(shù)據(jù)

表2 HRA檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 試樣1維氏硬度檢測(cè)分布曲線

圖4 試樣1洛氏硬度檢測(cè)分布曲線

試樣2，HV1檢測(cè)數(shù)據(jù)(換算成HRC)見表3，硬度分布曲線見圖5；HRA檢測(cè)數(shù)據(jù)見表4，硬度分布曲線見圖6, 硬化層深度圖解法6.7mm。

表3 HV1 檢測(cè)數(shù)據(jù)(換算成HRC)

表4 HRA檢測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果分析，用 HV1方法檢驗(yàn)，當(dāng)出現(xiàn)多處52.5HRC的情況時(shí)，其檢測(cè)判定結(jié)果往往不能客觀反應(yīng)產(chǎn)品真實(shí)硬化層深度。HRA方法未出現(xiàn)多次52.5HRC的情況，檢驗(yàn)結(jié)果可以反應(yīng)產(chǎn)品總體硬化層深度。

3 檢驗(yàn)差別分析

3.1 維氏硬度檢驗(yàn)的作用

維氏硬度法檢測(cè)，因檢測(cè)的點(diǎn)極小，檢驗(yàn)的是微區(qū)一種組織的硬度，以達(dá)到鑒別組織性質(zhì)的目的。

3.2 維氏硬度法測(cè)量的問(wèn)題

對(duì)于42CrMo鋼深層淬火，經(jīng)感應(yīng)加熱淬火后，有一明顯過(guò)渡區(qū)，見圖7示。此過(guò)渡區(qū)是必然存在的，與原材料質(zhì)量無(wú)關(guān)。對(duì)于硬化層深度要求7mm左右的工件，過(guò)渡區(qū)厚度在1.8～2.0mm之間。

圖5 試樣2維氏硬度檢測(cè)分布曲線

圖6 試樣2洛氏硬度檢測(cè)分布曲線

圖7 感應(yīng)淬火后各區(qū)狀態(tài)示意圖

在完全淬火區(qū)域內(nèi)，組織由馬氏體構(gòu)成，在過(guò)渡區(qū)內(nèi)，組織由云片狀屈氏體和馬氏體構(gòu)成，并隨著深度的增加，屈氏體增加，區(qū)域內(nèi)綜合硬度降低，直至到基體組織，過(guò)渡區(qū)內(nèi)組織及不同組織維氏硬度見圖8示。

圖8可見，在很小范圍內(nèi)的組織存在著明顯的差異，黑區(qū)為云片狀屈氏體，白區(qū)內(nèi)為馬氏體，硬度分別為371 HV1和665 HV1，換算為39HRC和58.5HRC（兩點(diǎn)間距約0.14mm）。由此可見，利用維氏硬度，區(qū)分兩組織硬度，鑒別其性質(zhì)是非常合適的，但對(duì)于區(qū)域內(nèi)硬度變化趨勢(shì)是不合適的，在過(guò)渡區(qū)內(nèi)的硬度在很小的范圍內(nèi)會(huì)因檢驗(yàn)的部位不同，出現(xiàn)高低錯(cuò)落的現(xiàn)象。

圖8 不同組織HV1硬度差別 ，400×

圖9 型環(huán)不同位置的枝晶分布示意圖

大型環(huán)鍛件，因?yàn)槭遣捎玫氖沁B鑄材料或鋼錠，環(huán)件中枝晶是很難避免的，套圈不同位置的枝晶方向與鍛造沖孔方式有關(guān)，圖9套圈沿軸向切割后，雙溝道套圈同一位置不同溝道的試樣，浸蝕后因枝晶的骨干區(qū)和空擋區(qū)應(yīng)化學(xué)成分不同，形成色差，可見其金屬的流線分布是不同的。

3.3 低碳馬氏體和高碳馬氏體的硬度差異

在完全淬火區(qū)域內(nèi)，組織由馬氏體構(gòu)成，但因?yàn)橹У拇嬖冢瑢?dǎo)致微區(qū)成分的差異，可以分別稱之為高碳區(qū)和低碳區(qū)。高碳區(qū)碳含量要高于材料化學(xué)成分檢驗(yàn)的值，低碳區(qū)碳含量要低于材料化學(xué)成分檢驗(yàn)的值，兩種不同碳含量的區(qū)域在相同溫度下淬火，硬度會(huì)存在很大差異，見圖10。

4 檢驗(yàn)方法的選取原則

（1）表面洛氏硬度計(jì)N(標(biāo)尺為HRA、HRB、HRC)及維氏硬度HV都可以測(cè)量出52.5HRC那一點(diǎn)到表面的距離，但在選擇使用哪種硬度方法測(cè)量比較實(shí)用時(shí)，主要是考慮壓痕面積大小，必須滿足兩個(gè)條件。一是壓痕面積能涵蓋區(qū)域內(nèi)各種組織，代表區(qū)域硬度，并使某一深度的硬度值具有代表性（見圖11）。二是在測(cè)量區(qū)域內(nèi)，能夠檢測(cè)足夠多的點(diǎn)，能描繪出淬硬層硬度分布。很顯然，對(duì)于連鑄材加工的套圈，因枝晶的存在，維氏硬度HV1不能完全滿足以上兩點(diǎn)要求，采用洛氏硬度HRA和HRC是可以的滿足要求的。

圖10 完全淬火區(qū)內(nèi)微區(qū)成分偏差及硬度偏差

圖11 硬度痕跡比較

（2）同一區(qū)域進(jìn)行壓痕直徑檢測(cè)比較：HRA壓痕直徑為0.34mm，HRC壓痕直徑為0.54mm，HV1對(duì)角線長(zhǎng)度為0.056mm，HRA壓痕直徑為HV1壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的6倍，HRC壓痕直徑為HV1壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的9.7倍。由此可見，采用HRA或HRC更能涵蓋區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)組織，代表了區(qū)域內(nèi)硬度。

（3）常規(guī)的洛氏硬度HRA和HRC都可以有效地檢驗(yàn)52.5HRC位置到表面的距離，在兩者之間，針對(duì)同一硬度區(qū)域，因?yàn)镠RA壓痕較HRC小，在硬化層區(qū)域內(nèi)可以打更多的點(diǎn)，在接近52.5HRC位置時(shí)，可以更有效的描述出過(guò)渡區(qū)的硬度變化趨勢(shì)，所以選擇60kg負(fù)荷的洛氏硬度HRA。

（4）當(dāng)硬化層要求更深的時(shí)候，使用150kg負(fù)荷的洛氏硬度HRC也是可以的。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，采用維氏硬度和洛氏硬度兩種檢驗(yàn)方法，硬化層深度檢測(cè)結(jié)果是不同的，存在一定的偏差，具體哪種檢驗(yàn)方式是可靠的，是由檢測(cè)方式所代表的區(qū)域內(nèi)硬度決定的。

顯然，采用HV1顯微檢驗(yàn)方法，對(duì)于存在枝晶的連鑄42CrMo材料，是明顯不合適的；當(dāng)采用HRA硬度法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其壓痕可以涵蓋局部區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)組織，代表了區(qū)域內(nèi)硬度。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合上述檢測(cè)結(jié)果的分析后發(fā)現(xiàn)，針對(duì)連鑄42CrMo材料加工的大型轉(zhuǎn)盤產(chǎn)品用維氏硬度法檢測(cè)硬化層深度存在一些問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)硬度波動(dòng)導(dǎo)致硬化層深度檢驗(yàn)的不準(zhǔn)確，可以采用HRA方法代替。

（1）HRA檢驗(yàn)方法得到的硬度是指此局部區(qū)域的綜合硬度而不是指某一組織的硬度，這也是評(píng)價(jià)硬化層深度的依據(jù)。采用HV1顯微檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)的硬度，不代表零件區(qū)域硬度。

（2）對(duì)于存在明顯枝晶的連鑄材和由鋼錠加工的環(huán)件，不適用采用HV1方法檢驗(yàn)。HRA硬度檢測(cè)硬化層深度，比HV1效果更好，更能說(shuō)明硬化層區(qū)域內(nèi)硬度變化趨勢(shì)，也使硬化層深度具有唯一性。

（編輯：林小江）

Discussion on detecting method for hardening depth of induction heating quenching

Gao Changxu,Xing Zhenping,Li Bo
（Wafangdian Bearing Group Co.,Ltd., Wafangdian 116300,China）

Counter to induction quenching workpiece with deeper hardened layer, both Vickers hardness (HV1) and Rockwell hardness (HRA) methods were used to comparatively detect its hardness distribution and hardening depth, it proved out that the detection results with Rockwell hardness tester were more real and representative.

induction quenching; hardening depth; limiting hardness; Vickers hardness (HV1); Rockwell hardness(HRA)

TG162.71

B

1672-4852（2015）04-0033-04

2015-12-02.

高長(zhǎng)旭（1973-），男，工程師.