钢渗碳淬火回火金相检验标准探讨

陈德华，任颂赞，于　晖，马春霞，哈胜男

(上海市机械制造工艺研究所有限公司检测中心，上海200070)

摘　要：对国内主要行业渗碳淬火回火金相标准的检测指标、显微组织级别的划分和评定列表进行了对比，结合国外标准，分析、探讨了该类标准的适用性、实用性等问题，并就这些标准的贯彻实施提出了一些设想。

关键词：渗碳；淬火；回火；金相检验；标准

　  材料表面改性技术是近年来探索、研究较多进步较快的技术之一，表面处理新技术不断涌现。与此同时，较为传统的表面处理技术也随着时代的发展而在不断进步，钢的渗碳淬火就是其中应用广泛较传统的表面改性工艺之一。这种工艺可提高工件表层的含碳量并在工件表层形成一定的碳梯度，从而使工件表面获得高的硬度、强度、耐磨性及疲劳强度，同时，钢件心部仍保持一定的韧性。在一定的材料条件下，工艺、组织与性能之间有着密切的关系。

长久以来，许多科技工作者对渗碳工艺与性能之间的关系做了大量工作，为该工艺的应用提供了丰富的数据，其中也包括显微组织分析。在企业具体的工艺试验和生产过程中，要对钢件的渗碳、淬火回火处理的质量进行控制，金相检验是必不可少的检测手段。为此，各行业均制定了相应的行业标准，对各自行业产品(如汽车齿轮，重载齿轮等)的渗碳淬火工艺和质量有着明确的控制标准，对行业的渗碳淬火工艺控制水平的提高起到了积极的推动作用。

然而纵观各标准，可见各产品标准中有相同点，也有不同点，这给统一标准、专业化生产、技术交流带来了困难。因此有必要对目前的相关渗碳淬火标准进行综合分析比较，探讨可适应各行业的渗碳淬火组织检测标准，以及建立一个跨行业的相关标准的可行性。

1　目前国内有关渗碳及淬火、回火标准的概况

　　国内关于渗碳淬火回火的金相检验标准主要有6种，其相关的检测项目、分级及要求见表1。

从表1可以看出，各个行业标准大多为关于齿轮产品的标准，其中不仅组织级别差异大，且检测项目也不尽相同。在第三方检测机构的检测工作中，尺度不易把握，容易引起混淆。

2　国内相关标准中不同组织分级概况

国内相关标准中的具体组织级别(包括马氏体级别、残留奥氏体级别、碳化物级别、心部组织及内氧化级别)对比如表2～表5所示。由于一些标准针对具体产品，因此，部分标准中还规定了产品显微组织的合格级别。

　由表2中可见，大部分标准分级以其针长来确定马氏体级别，相对较为精确。也有少量标准仅以图片比照来确定马氏体的级别，实际操作时均以对照法进行。

　  大部分标准中残留奥氏体也是以其具体含量来确定级别的，见表3。各行业标准中评定的倍率大多是400倍或500倍。

在图片方面，各个行业标准中，马氏体与残留奥氏体含量的评级大多共用一套图片。如QC/T262标准，总共有8张图片，从8级到1级，马氏体级别和残留奥氏体级别共用一张图。其中8～6级所对应的3个级别的奥氏体晶粒都比较粗大，且逐级减小，但5～2级马氏体其级别的高低与奥氏体晶粒度关系不大。在实际检测过程中，也常常发现某级别的马氏体含量符合该评级图，但残留奥氏体的含量并不符合该评级图，造成日常检测中产生歧义。

　  由表4可见，大多数标准均以定性(半定量)方法按碳化物的颗粒(条块)大小、分布、聚集程度(趋网程度)依次分级，也有定量划分的。

渗碳件渗层内氧化是渗碳处理的一种缺陷，是一些重要件(如汽车齿轮)必须控制的项目，但大部分行业标准中因产品一般要进行表面磨加工，无该检验项目。

对于心部组织评定，大多数标准无定量要求，以图片对比法进行评级，实际生产中常考核硬度。

3　国外相关标准概况

国外对渗碳淬火后的“渗碳淬火硬化层深度的测定”十分关注，均有国家级的相关专业标准，并制定了国际标准。譬如BSENISO263922002钢渗碳层和硬化层的深度的测定和检验，CNS1016821983钢之渗碳硬化层深度测定法，DINENISO263922003钢渗碳层和硬化层的深度测定和检验等，均为测定淬火硬化层深度类标准。但对渗碳淬火组织形态评定规程仅出现在企业内部标准中(而且大多无对照图片)。

据有关文献报道，国外对残留奥氏体含量的控制相对较严格，但含量的评定也无国家级或相关行业标准。在美国金属手册中，残留奥氏体含量分为6级，最低为0%，最高为45%，在1000倍下评定。而在AGMA标准中则分为3个层次，残留奥氏体含量为5%、20%和30%，在500倍下评定。

4　分析与探讨

综观国内有关渗碳、淬火、回火金相检验的各行业标准，可能由于产品对象不同，修订的年份不同，标准的严密性、适应性、可操作性等方面均有差异，有些方面值得探讨，以共同提高，并有利于新标准的修订或制定。

(1)关于各检测项目的评定级别数　各相关行业标准中，级别数最少的为5级(薄层)，大部分为6级，最多达9级。实际上检验的目的即评级的目的是为保证产品质量，反映工艺水准。在一般工艺规范内，组织的差异对最终性能的影响是否有必要分为9级?同时，从检测的性价比考虑，过多的分级会增加检测成本。因此，从适用、实用角度看，各项目的评定分为6级是适宜的，对于超出标准级别的组织，可用大于6级表示。

(2)关于评级方法　所有标准均用标准图片比对法，这是目前最适用、最实用的方法。但在提供标准评级图的同时，有些项目标注了各级的具体数值(如马氏体针、残留奥氏体量等)，对临界状态组织评定的把握是十分有益的，因此标注数量也是必须的。

(3)关于评级时的放大倍率　可能出于方便晶粒度评级，有一些组织评定标准，常采用100倍、200倍、400倍等2的幂次倍率，然而更多的(包括欧美国家)标准中则采用100倍、500倍、1000倍的倍率。目前，名牌的金相显微镜的物镜设10×、20×、50×、100×等。因此，从适用性、可行性、与国际接轨考虑，评级时倍率宜选100×、500×或1000×。

(4)关于碳化物评级分类　渗碳层碳化物的评级依据其数量、大小及分布。大多数标准碳化物评级以数量、大小为主。然而，碳化物的偏聚、分布等对性能影响极大，因此采用“重载齿轮”的相关标准把碳化物评级分为两类：“粒块状”及“网状”是十分必要的。如碳化物网状5级会导致脆性，但粒块状5级可能以增强耐磨性为主。

(5)关于残留奥氏体含量的评级　残留奥氏体含量的仪器测定，常常出现数据离散现象，检验标准采用图片比对法。由于目前金相制样条件在500倍下残留奥氏体与一部分隐晶淬火马氏体的灰度差别小，边界线不清晰，由此带来评级误差，常引发争议。

因此，可参考采用国外的高倍率(1000×)下评定，可用1000倍下的图片作为评定时参考。

(6)关于标准评级图　大部分相关标准中把马氏体与残留奥氏体的评级图归在同一套图片中，即1级马氏体图同样为1级残留奥氏体图。实际工艺条件下，两者不尽一致，因此宜采用独立评级图。同时，标准图片的印刷质量不佳是大多数标准的不足，应把标准评级图作为“标准物质”对待，在计算机技术高度发展的今天，标准局在提供标准时，在解决了版权问题的前提下，可以考虑在提供纸质版本的同时也提供一份电子版本，以确保标准图片的质量。

(7)各行业标准在一段时间内对各行业产品的渗碳淬火质量检测有较好的适用性及适应性。从以上分析可看到，各标准有各自的特色及亮点，但也有一定的局限性。为消除各行业间在渗碳淬火工艺质量标准方面的差异，扬长避短，减小技术交流时的障碍，促进我国热处理水平的提升，在吸取各行业标准长处的基础上，有必要制定涵盖各行业的渗碳淬火回火金相检验标准。