显微维氏硬度在铸钢件复碳检验上的应用

孙银林

(无锡威肯高速推进器制造有限公司,无锡214072)

摘　要:采用显微维氏硬度梯度检测的方法,可以有效地检测表面脱碳铸钢件进行复碳处理后的表面碳浓度及复碳的深度,对热处理炉内碳势的变化也有间接的反映。

关键词:显微维氏硬度;碳浓度

1　情况简介

为美国某公司生产的夹块零件是严格按美国标准生产的精密熔模铸件,其对零件的显微组织有严格的要求,表面既不允许脱碳也不允许增碳,且要求硬度梯度平稳过渡。但铸件在浇注过程中,虽然采取了喷雾冷却等措施,铸件表面局部总有0.30mm左右的脱碳层(见图1)。显然仅靠加快铸件冷却速度来减少表面脱碳层是达不到客户要求的,而且加快铸件冷却速度也使铸件内部显微缩松缺陷增多。因此,在工艺上采用热处理复碳处理,即在热处理时采用有碳势控制的多用炉进行热处理,碳势控制在0.40%。铸件材料为4140(42CrMo)钢,其化学成分(质量分数)为:C0.35%～0.45%,Si0.30%～0.80%,Mn0.70%～1.00%,P≤0.04%,S≤0.04%,Cr0.80%～1.10%,Ni≤0.25%,Cu≤0.25%,Mo0.15%～0.255%。生产上严格控制钢水成分碳含量在0.38%～0.43%。对于可控气氛热处理碳势的控制是否符合要求,复碳处理的效果及硬度是否满足客户标准要求。笔者采用显微维氏硬度检测、表面和心部显微组织观察,结合光谱分析的方法对铸钢件进行了复碳检验。

图1　铸态表面脱碳组织　70×

 2　试验方法及结果

每个热处理炉次抽样2件进行解剖,检测试样的表面及心部洛氏硬度,其硬度要求为39～44HRC。截取小块试样镶嵌后在HXS21000A上检测从表面到心部1.0mm处的HV0.5值,每隔0105mm检测一点(见表1),并绘制表面到心部的HV0.5变化曲线(见图2)。

试样1曲线显示表面复碳时碳浓度过高,经光谱分析表面碳含量为0.53%,心部碳含量为0.41%。显微组织也显示了表面碳浓度偏高,超过了材料要求控制的范围,见图3。试样2曲线显示复碳深度不足,中间出现了夹心现象。经显微组织检验,中间马氏体组织明显粗大,残余奥氏体量较多,见图4。试样3曲线显示表面碳浓度低。经显微组织检验,表层马氏体组织粗大,残余奥氏体量较多,见图5。光谱分析表面碳含量为0.355%,而心部碳含量为0.428%。图6所示为因热处理炉子漏气而产生了表面脱碳,表层出现大量铁素体。距表面0.05mm处硬度仅为198HV0.5,光谱分析表面碳含量为0.27%,而心部碳含量为0.418%。根据检测数据,就可以对热处理工艺参数进行调整,以达到铸件的质量要求。

                 图3　表面增碳显微组织　70×                          图4　贫碳区显微组织　70×

                图5　低碳浓度表层显微组织　70×                    图6　表层脱碳显微组织　70×

3　结论

显微硬度测定、光谱分析和金相检验的结果表明,采用显微维氏硬度梯度检测方法检验碳势控制热处理的零件质量是比较理想的,对复碳表面碳浓度及复碳层深度都有很好的检出效果。