专利名称：渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法
技术领域：
本发明涉及钢铁工件的渗碳检测工艺技术领域，尤其是一种渗碳缓冷试样表层非 平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法。
背景技术：
渗碳生产现场一线检测过程中，一般要求试样缓冷以获得平衡态的组织，这种珠 光体类的平衡组织(不同的平衡组织具有不同的晶界特征)较直观地反映出碳化物的形态。 然而，在渗碳过程中检测过程活样时，经常出现一些具有一定淬透性的材料(如20CrNiMo、 12Cr2Ni4A)，即使在缓冷状态下试样表面也会产生非平衡态的相变组织(局部呈现针叶状 组织)。这种非期望得到的非平衡相变组织长期困扰对表面碳浓度的判明，由于缺乏准确的 经验数据(缺乏此类相变组织变化的文献资料)，常造成误判或延误检测判断时间，导致多 种重要渗碳淬火产品反复返工或误返工，不仅浪费能耗，甚至产生一定数量的变形、磨削裂 纹等废品。
发明内容
为了克服现有的渗碳淬火产品反复返工或误返工、浪费能耗的不足，本发明提供 了一种渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种渗碳缓冷试样表层非平衡态复 相组织碳含量快速鉴别方法，包括以下步骤
一、在常规金相浸蚀条件下(试样抛光+4%硝酸乙醇浸蚀，XlOO或更高放大倍数)检测 来识别平衡组织或准平衡组织或非平衡组织；
二、所述钢铁工件的表面到心部不同部位在同样较低的冷速下并非完全显示出平衡组 织，而会显示出平衡一非平衡一平衡或非平衡一平衡组织；通过对非平衡组织识别，判定其 应产生的平衡或准平衡组织，从而揭示其本质的组织特性。根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述钢铁工件的材质包括各种渗碳钢。根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述钢铁工件含有一种或多种合金元
ο本发明的有益效果是，本发明的意义在于突破了非期望得到的非平衡相变组织长 期对表面碳浓度判明的困扰，同时为具有一定淬透性的材料的渗碳组织准确判定开辟了一 条简单实用的途径。与现有技术相比，本发明的优点是
1、成本低，检测速度快，检测精度高采用简单的检测设备条件(普通金相显微镜)即可 实现。2、渗层质量稳定经长期多种材质、多种结构、多种产品实际生产证明，可得到理 想的浅层渗碳深度与有效淬硬层深度。3、适用广泛适用于一切常规的渗碳钢，提高合金化可加快渗速。4、设备利用率高经生产实践验证可应用于大中小不同炉体设备渗碳。
本发明应用于生产现场一线检测并指导生产，检测精度提高，减少大量返工、减少 重复取样制样等工作，节约大量能耗，避免产生变形、磨削裂纹等废品。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为一种具有一定淬透性的低碳合金钢渗碳后从表面到心部的金相组织过渡 图2为实施例的组织分布图。
具体实施例方式一种渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法，包括以下步骤
一、在常规金相浸蚀条件下(试样抛光+4%硝酸乙醇浸蚀，XlOO或更高放大倍数)检测 来识别平衡组织或准平衡组织或非平衡组织；
二、所述钢铁工件的表面到心部不同部位在同样较低的冷速下并非完全显示出平衡组 织，而会显示出平衡一非平衡一平衡或非平衡一平衡组织；通过对非平衡组织识别，判定其 应产生的平衡或准平衡组织，从而揭示其本质的组织特性。所述钢铁工件的材质包括各种渗碳钢。所述钢铁工件含有一种或多种合金元素。平衡组织主要指在缓慢冷却或平衡条件下获得的珠光体类组织，以渗碳体或铁素 体为晶界析出，可直接作为渗碳各过程进展状态的检测依据。准平衡组织指在冷速较慢或 接近平衡条件下获得的以珠光体类组织为主的组织。非平衡组织主要指在较快冷速(非平衡)条件下冷却获得的马氏体组织+残余奥氏 体组织或(一定冷速条件下出现的少量)贝氏体组织，及部分珠光体组织。马氏体组织+残 余奥氏体组织含量较多，可达80%以上，贝氏体组织大多10%以下或很少量，珠光体组织一 般0 50%。上述组织的识别均可在常规金相浸蚀条件下(试样抛光+4%硝酸乙醇浸蚀，XlOO 或更高放大倍数)检测。一种渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法，在材质合金成分 (即淬透性)一定的条件下，C曲线的偏移主要受含碳量的影响，在共析点两侧呈现出不同的 偏移方向；而钢铁工件的表面正是经历了从高碳到低碳的变化，因此，从所述钢铁工件的表 面到心部不同部位在同样较低的冷速下并非完全显示出平衡组织，而会显示出平衡一非平 衡一平衡或非平衡一平衡组织；通过对非平衡组织识别，判定其应产生的平衡或准平衡组 织，从而揭示其本质的组织特性；该方法可快速准确判定非平衡态组织。过冷奥氏体等温转变动力学曲线是表示不同温度下过冷奥氏体转变量与转变时 间关系的曲线。由于通常不需要了解某时刻转变量的多少，而比较注重转变的开始和结束 时间，因此常常将这种曲线绘制成温度一时间曲线，简称C曲线。如图1为一种具有一定淬透性的低碳合金钢渗碳后从表面到心部的金相组织过 渡图；从表面到心部依次为平衡(少量过共析组织，黑色)一非平衡(以共析组织为主，白亮 色)一平衡(以亚共析为主，灰黑色)组织。由于白亮区的共析组织易于相变产生马氏体+残余奥氏体而形成非平衡态组织，而低于或超过该成分的组织则均易于形成平衡组织，由此 根据马氏体与残余奥氏体的相对比例以及马氏体的形态可较为准确地判明该组织前后的 碳含量水平。将渗碳试样缓冷后经过常规的制样步骤，以常用浸蚀剂浸蚀(如4%硝酸乙醇)，当 材质含有一定合金成分或具有一定淬透性时，即可显示出如图1的分层组织从表面到心 部依次为平衡(过共析组织，黑色)一非平衡(以共析组织为主，白亮色)一平衡(以亚共析为 主，灰黑色)组织，或从表面到心部依次为非平衡(以共析组织为主，白亮色)一平衡(以亚共 析为主，灰黑色)组织。由于白亮区的共析组织易于相变产生马氏体+残余奥氏体而形成非 平衡态组织，而低于或超过该成分的组织则均易于形成平衡组织，由此根据马氏体与残余 奥氏体的相对比例以及马氏体的形态可较为准确地判明该组织前后的碳含量水平。因此， 应用了 C曲线漂移这一长期易于被忽视的规律可有效解释(平衡一)非平衡一平衡组织产生 的成因并揭示了组织的实际本质。根据准确可信的过程检测，可得到期望的渗层深度与组织，有效控制产品质量，并 经长期实践证实取得了理想的效果。以下结合实例说明 实施例
以20CrNiMo制作的钢制零件 零件名称活塞销 材质20CrNiMo
技术要求渗碳层深1. 8 2. 2mm 表面硬度56 63HRC 淬深处硬度550HV1
经渗碳约15h后检测过程试样，从表面到心部呈现变化与组织分布见附图2，由图示分 析，可判定图2左侧(即从试样表面起)为过共析组织(碳含量约> 0. 8%)，左中部白亮区为 共析组织，可判定出附图中部白亮区消失后的右向区域为亚共析组织(碳含量约<0. 7%并 逐渐降低)，该组织逐渐向心部组织过渡。虽然晶界不明显，过共析、共析以及亚共析组织的 成分及深度仍可据此为判。该判断经过不同加热冷却方案进行组织还原，证实准确可信，并 有效指导了 一线生产过程中的质量控制。
权利要求
一种渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法，其特征是，包括以下步骤A、在常规金相浸蚀条件下检测来识别平衡组织或准平衡组织或非平衡组织；B、所述钢铁工件的表面到心部不同部位在同样较低的冷速下并非完全显示出平衡组织，而会显示出平衡→非平衡→平衡或非平衡→平衡组织；通过对非平衡组织识别，判定其应产生的平衡或准平衡组织，从而鉴别渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织的碳含量。
2.根据权利要求1所述的渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法， 其特征是，所述步骤A中常规金相浸蚀条件是指试样抛光+4%硝酸乙醇浸蚀，XlOO或更高 放大倍数。
3.根据权利要求1所述的渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法， 其特征是，所述钢铁工件的材质包括各种渗碳钢。
4.根据权利要求1所述的渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法， 其特征是，所述钢铁工件含有一种或多种合金元素。
全文摘要
本发明涉及钢铁工件的渗碳检测工艺技术领域，尤其是一种渗碳缓冷试样表层非平衡态复相组织碳含量快速鉴别方法。该方法包括以下步骤一、在常规金相浸蚀条件下(试样抛光+4%硝酸乙醇浸蚀，X100或更高放大倍数)检测来识别平衡组织或准平衡组织或非平衡组织；二、所述钢铁工件的表面到心部不同部位在同样较低的冷速下并非完全显示出平衡组织，而会显示出平衡→非平衡→平衡或非平衡→平衡组织；通过对非平衡组织识别，判定其应产生的平衡或准平衡组织，从而揭示其本质的组织特性。本发明为具有一定淬透性的材料的渗碳组织准确判定开辟了一条简单实用的途径。
文档编号C23C8/22GK101948996SQ20101051831
公开日2011年1月19日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者潘晓松 申请人:南车戚墅堰机车有限公司