金相檢測(cè)是通過(guò)觀察材料微觀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部組織，進(jìn)而通過(guò)組織結(jié)構(gòu)或者缺陷來(lái)判斷材料的性能，可以說(shuō)金相是熱處理的眼睛。
所以能夠?qū)鹣嘤幸欢私饽軌驇椭覀兏玫慕鉀Q我們實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題，讓理論和時(shí)間更好地融合在一起，對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有著重要的指導(dǎo)作用。
1、脫碳層形成原因分析
脫碳現(xiàn)象是指鋼材料在進(jìn)行加熱時(shí)表面的碳元素含量出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。脫碳的實(shí)質(zhì)就是鋼材料中C元素在高溫作用下與H元素或O元素發(fā)生反應(yīng)生成CH4或CO。在脫碳過(guò)程中包括O元素向鋼材料內(nèi)部的擴(kuò)散以及C元素向鋼材料外面的擴(kuò)散，因此只有在脫碳速率大于氧化速率時(shí)才能形成脫碳層。當(dāng)鋼材料的氧化速率較大時(shí)，會(huì)發(fā)生不明顯的脫碳現(xiàn)象，脫碳層產(chǎn)生后將會(huì)被氧化形成氧化皮，但在氧化作用相對(duì)較弱的氛圍中，能夠形成較為明顯的深層脫碳層。
脫碳是鋼表層上碳的缺失，一般分為兩種類型：
①部分脫碳
②完全脫碳（鋼樣表層碳含量水平低于碳在鐵素體中最大溶解度）
對(duì)于絕大多數(shù)鋼材料而言，脫碳現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致鋼材料的性能變差，故將脫碳層看作鋼材料的一種缺陷，尤其是對(duì)于某些特種鋼(如工具鋼、軸承鋼、高速鋼等)而言，脫碳層更是嚴(yán)重地影響其性能。鋼材料表層中的C元素被氧化后將會(huì)形成脫碳層，體現(xiàn)在化學(xué)成分上脫碳層的碳元素含量比正常組織較低，體現(xiàn)在金相組織上脫碳層中的滲碳體(Fe3C)的數(shù)量比正常組織中少，體現(xiàn)在力學(xué)性能上脫碳層的強(qiáng)度和硬度比正常組織低。
2、 脫碳層的測(cè)定
測(cè)定方法的選擇及其準(zhǔn)確度取決于產(chǎn)品的脫碳程度、顯微組織、含碳量以及部件的形狀。一般采用金相法、硬度法、化學(xué)或者光譜分析法測(cè)定碳含量的方法測(cè)定。具體詳情大家可以參照 ：GB T 224 鋼的脫碳層深度測(cè)定法 標(biāo)準(zhǔn)。
下面我們就金相法進(jìn)行分析。總脫碳層的測(cè)定——在中碳鋼、低合金鋼中是以鐵素體與其他組織組成的相對(duì)量變化來(lái)區(qū)分的。借助于測(cè)微目鏡或直接在顯微鏡毛玻璃屏上測(cè)量從表面到其組織和基體組織已無(wú)區(qū)別的那一點(diǎn)距離。對(duì)每一試樣，在深的均勻脫碳區(qū)一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)，應(yīng)隨機(jī)進(jìn)行幾次測(cè)量（至少需5次），以這些測(cè)量值的平均值作為總脫碳層深度；而對(duì)于工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼是測(cè)量深處的脫碳層作為總脫碳層深度的。
全脫碳層的測(cè)定——全脫碳層是指試樣表面脫碳后得到的全鐵素體組織，因此，測(cè)量時(shí)應(yīng)從表面測(cè)至有滲碳體或有珠光體出現(xiàn)的那一點(diǎn)，或測(cè)量產(chǎn)生全鐵素體組織的滲度為全脫碳層深度。
放大倍數(shù)的選擇取決于脫碳層深度，如果需方?jīng)]有特殊規(guī)定，通常采用的放大倍數(shù)為100倍。一般來(lái)說(shuō)，具有近似平衡組織的鋼種脫碳層取決于珠光體的減少量。
3、脫碳層對(duì)工藝性能的影響
(1) 鋼材料的表面形成脫碳層以后，因鋼材料的表面與內(nèi)部組織的差異以及其線膨脹系數(shù)的不同，在淬火過(guò)程中不同組織間的轉(zhuǎn)變和體積的變化會(huì)產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)脫碳層的形成會(huì)導(dǎo)致鋼表層的強(qiáng)度下降，在進(jìn)一步的機(jī)械加工過(guò)程中可能使零部件的表面產(chǎn)生裂紋缺陷。
(2) 對(duì)于需要進(jìn)行淬火熱處理的鋼材料，表面形成脫碳層后使其含碳量下降，淬火后的馬氏體不能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)變或者不能全部發(fā)生轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致鋼材料的硬度和強(qiáng)度達(dá)不到要求，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)接觸疲勞損壞現(xiàn)象。
(3) 鋼材料產(chǎn)生脫碳層以后導(dǎo)致其疲勞強(qiáng)度降低，加工生產(chǎn)的零部件在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)過(guò)早的疲勞損壞現(xiàn)象。
(4) 零部件表層形成的脫碳層(黑皮部分)未被加工，會(huì)導(dǎo)致零部件的性能降低；如果脫碳層的深度小于加工余量，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)可以完全被切削掉，不影響零部件的性能；如果脫碳層的深度大于加工余量，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)不能完全被切削掉(部分脫碳層被保留下來(lái))，使零部件的性能下降。由于鍛造加工工藝不當(dāng)，造成零件表面的脫碳層出現(xiàn)局部堆積現(xiàn)象，而且在進(jìn)行加工過(guò)程中不能夠?qū)a(chǎn)生的脫碳層完全切削掉，保留下來(lái)的脫碳層會(huì)導(dǎo)致零件的性能不均，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致零件的報(bào)廢。
4、防止脫碳的措施
(1) 零部件在進(jìn)行加熱過(guò)程中，盡量降低加熱溫度和減少在高溫下的加熱時(shí)間，確定合理的加熱速率，縮短總的加熱時(shí)間。
(2) 設(shè)計(jì)具有特殊功用的加熱爐，嚴(yán)格控制加熱爐中的加熱氣氛，使?fàn)t中的氣體呈中性，具有保護(hù)作用。
(3) 在熱加工過(guò)程中，若因某些特殊原因而停止，應(yīng)當(dāng)將加熱爐溫度降低等待恢復(fù)加工生產(chǎn)，如果停止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，必須將待加熱材料取出來(lái)或者隨加熱爐冷卻。
(4) 在冷變形加工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡量控制中間過(guò)程中的退火次數(shù)和降低退火溫度，必要時(shí)可進(jìn)行軟化回火處理，以降低脫碳層的形成，退火和軟化回火等熱處理操作必須在保護(hù)介質(zhì)中進(jìn)行。
(5) 進(jìn)行高溫加熱時(shí)，可在鋼材料的表面增加覆蓋物或者進(jìn)行涂層保護(hù)，用來(lái)防止鋼材料的氧化和脫碳。
(6) 鋼材料進(jìn)行加工時(shí)選擇正確的操作(如加大零部件的機(jī)械加工余量)，以保證產(chǎn)生的脫碳層能夠完全被切削掉。
文章摘自：每天學(xué)點(diǎn)熱處理
冀公網(wǎng)安備13050002001422號(hào)