《热处理原理与工艺》 课件 第十四章 热处理质量检验

第十四章热处理质量检验常见热处理质量检验方法热处理原理与工艺热处理质量检验质量检验对保证和提高热处理质量有着极为重要的作用，是质量管理的重要组成部分。质量检验有以下基本职能：（1）鉴别与保证职能。判断被检热处理产品是否合格，决定“通过、返修、报废”，使不合格品不能转入下道工序或出厂。（2）监督与预防职能。为质量控制提供依据，监督热处理工艺过程，预防不合格品的产生。（3）评价与反馈职能。质量检验记录、分析、评价所取得的检验数据，及时反馈给生产人员，并向上级有关部门报告。热处理质量检验

古代圣贤“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的道德情怀，“天下兴亡，匹夫有责”的社会责任感，对近现代工程技术人员有着深刻影响。

近代著名工程专家詹天佑曾告诫青年技术人员“精研学术，以资发明”、“策划须详，临事以慎”，希望他们“勿屈己以徇人，勿沽名而钓誉。以诚接物，毋挟褊私，圭璧束身，以为范则”。詹天佑“昼则茧足登山，夜则绘图记工，无一息之安”，正是工程师道德和社会责任感的典型体现。热处理质量检验◆常见热处理质量检验方法◆热处理件的质量检验一、硬度试验常见热处理质量检验方法硬度是金属材料力学性能中最常用的性能指标之一，硬度试验是检验热处理质量最常用的方法之一。硬度试验特点：可代替某些力学性能试验，反映出其他力学性能（如静强度、疲劳强度等）；

大多数零件经硬度试验后不受损伤，可看作是无损试验；

硬度试验机价格便宜，操作迅速简便，数据重现性好；

除特殊要求外，均在实物上进行测试；

可测定零件的特定部位、微观组织中的某一相或组织内的硬度；

可测定有效硬化层深度；与冷成形性、切削性、焊接性等工艺性能间接存在某些联系，对控制材料冷热加工工艺质量有一定参考意义。一、硬度试验常见热处理质量检验方法硬度试验方法：（1）布氏硬度采用一定直径的淬火钢球或硬质合金球压头，以规定试验力压入试样表面并保持一定时间，卸去载荷后测量压头在试样表面压出的压痕直径d，计算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度值。布氏硬度的硬度值能反映材料在较大区域内各相的平均性能，数据稳定，重复性较高，但是布氏硬度试验操作时间较长，对不同材料的试样需要更换不同直径的压头球以及改变试验力，压痕测量也较费时间，而且在进行高硬度材料测试时，由于压头球本身的变形，会使测量结果不准确，因此，一般对硬度＞650HBW的材料便不能使用布氏硬度。此外，由于压痕较大，成品检验和薄件试验有困难。一、硬度试验常见热处理质量检验方法硬度试验方法：（2）洛氏硬度

采用顶角120°的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球作为压头，在载荷（包括预载荷和主载荷）作用下压入试样表面，卸除主载荷后测量试样表面压痕深度，即为被测材料的洛氏硬度值。通常压入深度越大，材料硬度值越小。洛氏硬度测试范围广，可以测出从极软到极硬材料的硬度，各种厚度工件也均可测。洛氏硬度压痕小，对一般工件不造成损伤，操作简单，适用于大批量产品检验。但是采用不同规格压头得到的洛氏硬度值无法直接比较和换算，又因压痕小，试验值较分散，测得的硬度对于具有粗大组织的材料（如灰铸铁和粗晶材料等）缺乏代表性，反而不宜采用此法进行测定。一、硬度试验常见热处理质量检验方法硬度试验方法：（3）维氏硬度

维氏硬度的测量原理与布氏硬度基本相同，所不同的是采用的压头为对面夹角136°的金刚石正四棱锥。根据试样大小、厚薄和其他条件，载荷可在0.5~120kgf范围内选择。维氏硬度试验法不存在布氏硬度试验时试验力和压头直径比例关系的约束以及压头变形问题，也不存在洛氏硬度的级别无法统一的问题，不仅试验力可以任意选取，而且材质不论软硬，测量数据稳定可靠，精度高。唯一缺点是硬度值需通过测量对角线长度后获得，测量效率不如洛氏硬度试验高。一、硬度试验常见热处理质量检验方法硬度试验方法：（4）其他硬度试验方法显微硬度努氏硬度肖氏硬度里氏硬度二、其他力学性能试验常见热处理质量检验方法静拉伸试验：测定材料弹性模量E、下屈服强度ReL或规定塑性延伸强度Rp、抗拉强度Rm、断后伸长率A及断面收缩率Z等最基本的力学性能指标，它们是材料固有的基本属性和工程设计中的重要依据。压缩、弯曲、扭转试验：可以较好地显示如铸铁、工模具钢、渗碳钢等脆性材料的塑性。冲击试验：得到冲击性能指标，如冲击吸收能量、纤维断面率以及侧膨胀值等，虽然这些性能指标没有明确物理意义，也不能用于性能的定量评价或设计计算，但可用简单的冲击试验值来估计断裂韧性。二、其他力学性能试验常见热处理质量检验方法断裂韧性试验：如平面应变断裂韧性KIC、弹塑性断裂韧性JIC疲劳试验：得到材料的疲劳强度，表面热处理和形变热处理能明显提高零件的疲劳强度。磨损试验：耐磨性二、其他力学性能试验常见热处理质量检验方法选用上述力学性能试验方法时应注意以下几个方面：1）根据工件服役时所受载荷类型选择相应的试验方法。例如，轴类零件选用弯扭复合疲劳试验，轴承零件选用接触疲劳试验，冷变形模具选用冲击疲劳和磨损试验。2）根据材料成分和热处理状态选用合适的试验方法。例如淬火低温回火后的工模具钢通常选用弯曲或扭转试验测定强度和塑性，而不选用应力状态软性系数小的拉伸试验。3）试棒的试验结果不可能完全代表零件实际使用时的性能或寿命。通常随着试棒尺寸增大，力学性能下降。此外，还应注意不同零件、不同部位力学性能的差异，是否达到技术条件要求。三、显微组织检验常见热处理质量检验方法用光学显微镜或电子显微镜观察金属内部的组成相、组织组成物的类型以及它们的相对量、大小、形态及分布等特征。

它是材料及热处理质量检验与控制的重要方法，有些热处理缺陷往往只需做组织检验就可以查明损坏的原因。四、化学成分分析常见热处理质量检验方法原子发射光谱分析：利用原子发射的光谱线来测定物质化学

组成的方法。分析速度快，检出限低，

准确度高，样品消耗少。X射线能谱色散谱仪：EDS，与电镜连用。俄歇电子能谱分析：适合于表面分析。光电子能谱分析：XPS，分析表面层除H、He以外的全部元

素，半定量分析。五、无损检测常见热处理质量检验方法热处理件的质量检验第十四章热处理质量检验热处理原理与工艺热处理质量检验◆常见热处理质量检验方法◆热处理件的质量检验正火、退火件的质量检验1.外观

表面不得有裂纹及有害的伤痕等缺陷，在保护气氛或真空炉中处理的工件表面应光洁、无氧化。2.硬度硬度检验前应将工件表面清理干净，去除氧化皮、脱碳层及毛刺等，磨去表面氧化脱碳层后检测硬度。GB/T16923-2008《钢件的正火与退火》。3.金相检验结构钢正火后组织应为均匀分布的铁素体加片状珠光体，晶粒度5~8级（按YB27-1977《钢的晶粒度测定法》评定），大型铸锻件为4~8级。碳素工具钢退火后的组织应为球状珠光体，4~6级合格（按GB/T1298-2008《碳素工具钢》评定），不允许有连续网状碳化物。合金工具钢退火后的珠光体组织为1~5级（按GB/T1299-2014《工模具钢》评定）。

轴承钢球化退火后的组织为2~4级（按GB/T34891-2017《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》评定），碳化物网应＜3级。表面脱碳层检验方法按GB/T224-2019《钢的脱碳层深度测定法》规定进行。脱碳层深度一般不超过毛坯或工件单面加工余量的1/3或2/3。4.畸变淬火、回火件的质量检验1.外观工件表面不得有裂纹和有害的伤痕。可以采用目测或着色鉴定裂纹及伤痕，必要时可用超声波探伤、磁粉检测或其他无损检测方法检测。2.表面硬度

采用洛氏硬度计检验。如无法用洛氏硬度计检验时，允许用肖氏硬度计或其他便携式硬度计检验。GB/T16924-2008《钢件的淬火与回火》表面硬度检验位置应根据工艺技术文件规定，不少于1~3处，各处不少于3点，取平均值。同一部位低硬度值的点数超过60%时定为软点。重要件和小件不允许有软点，大件（有效厚度≤80mm）允许有少量软点，硬度值不低于技术要求下限5HRC，每个软点面积不超过16mm2。3.金相检验金相组织检验项目主要包括马氏体级别、碳化物与残余奥氏体级别及奥氏体晶粒度等。4.畸变通常薄板类工件主要检验平面度，轴类工件主要检验直线度，孔类工件主要检验圆度。感应淬火件的质量检验1.外观工件表面不得有淬火裂纹（可通过磁粉探伤或其他无损检测方法检查）、锈蚀和影响使用性能的伤痕。2.表面硬度

表面硬度应达到技术要求，且表面硬度波动符合规定（单件4~6HRC，同一批件5~7HRC；长度≤50mm时一般件取上限，长度＞50mm时重要件取下限）。3.有效硬化层深度GB/T5617-2005《钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定》。4.金相检验金相检验项目主要有马氏体大小及未溶铁素体和网状托氏体含量。5.畸变

感应淬火件畸变量较普通淬火小，但也不应影响后续机械加工和使用。渗碳和碳氮共渗件的质量检验1.外观工件表面无氧化、锈蚀、剥落、碰伤、裂纹等。2.硬度

硬度一般在淬火、回火后检验，表面硬度（多为58~63HRC）、心部硬度及非渗碳区硬度应符合技术要求。对渗碳齿轮，JB/T7516-1994《齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制》规定表面硬度以分度圆处齿面为准，心部硬度的检测部位为齿根圆与轮齿中心线相交处。当碳氮共渗层较薄时，表面硬度的检验方法可参考JB/T7710-2018《薄层碳氮共渗或薄层渗碳钢件显微组织检测》进行。渗碳和碳氮共渗件的质量检验3.渗碳层深度（1）断口目测法。将渗碳工件淬火后打断，观察断口形貌。渗碳层呈白瓷状，中心未渗碳部分呈灰色纤维状（交界处碳浓度约为0.4%)。有时将试样磨平、抛光，并用4%硝酸酒精溶液浸蚀，显示出深灰色的渗碳层，然后用带刻度的放大镜测量渗碳层的深度。（2）金相测量法。渗碳缓冷后的试样经磨制、腐蚀后，在显微镜下测定。碳钢的渗碳层深度是从表面垂直量至1/2过渡区（该处碳浓度约为0.4%）。（3）硬度测量法。根据GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》标准进行测量。该标准规定，硬化层深度（用符号CHD表示，单位为mm）是指渗碳工件（或采用与工件尺寸、形状等相近的试样）经淬火、回火后，自表面到维氏硬度为550HV处的垂直距离。测定硬度所采用的试验力为9.807N（1kgf）。硬化层深度代表的是真正硬化了的层深，具有重要实际意义，比金相法更贴近实际，国际上许多工业先进国家都采用此法。（4）剥层化学分析法。将Φ20mm×120mm圆柱试样渗碳后缓冷，由表及里逐层车削，并进行化学成分分析，绘出碳含量梯度分布曲线，据此确定渗碳层深度及表面碳含量。此法精确可靠，但取样和分析较麻烦，生产中很少采用，多用于渗碳新工艺研究和试验新渗碳钢种。渗碳和碳氮共渗件的质量检验4.金相检验金相组织检验项目包括碳化物大小、数量和分布，马氏体针的大小及残余奥氏体数量多少，心部游离铁素体的大小和数量等。所用试样为随炉（齿形或其他符合规定形状）试样。对不同零件，上述检验项目合格对应的级别稍有区别，具体按有关技术要求执行。如齿轮件的检验通常参照QC/T262-1999《汽车渗碳齿轮金相检验》，该标准要求在显微镜下放大400倍进行评定、检验。对于以疲劳破坏为主要失效形式的工件，根据技术要求，不允许出现下列异常组织：粗大马氏体和多量残余奥氏体、块状或网状碳化物、心部有较多的块状或条状铁素体、表面存在严重的黑色组织。渗氮及氮碳共渗件的质量检验1.外观

表面不应有裂纹、剥落及肉眼可见的疏松等缺陷。渗氮零件的表面应呈银灰色，如果表面出现黄或蓝等颜色，表明渗氮或冷却过程中零件表面被氧化。轻微的氧化仅影响零件的美观，对使用性能并无影响。2.硬度由于渗氮层比较薄，通常用维氏（HV）或轻型洛氏硬度计（HRN表面洛氏硬度）来进行渗氮层表面硬度测定。为了避免负荷过大使渗氮层压穿或负荷过小测量不精确，应根据渗氮层深度来选择负荷。

对极薄的渗氮层可选用显微硬度计（HM）测量。对于渗氮后还要精磨的零件，可将试样磨去0.05~0.10mm后再检查硬度，以便真实反映实际工件的使用性能。

氮碳共渗件表面硬度和沿渗层深度的硬度分布用1N载荷的维氏显微硬度计检查。渗氮及氮碳共渗件的质量检验3.渗氮层深度检验（1）金相法。将渗氮后的试样制成金相样品，经过不同试剂（体积分数为2~5%的硝酸酒精或4%苦味酸钠酒精溶液）浸蚀后在金相显微镜下（100倍或200倍）观察渗氮层深度。由于渗氮层与中心组织不同而显示出有明暗的区别，可测出其深度（测至渗氮层与基体的明显交界处）。（2）硬度法。采用维氏硬度测量。GB/T11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验