热处理检验方法和规范.docx

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热处理检验方法和规范

热处理检验方法和规范

金属零件的内在质量主要取决于材料和热处理。

因热处理为特种工艺所赋予产品的质量特性往往又室补直观的内在质量，属于“内科”范畴，往往需要通过特殊的仪器（如：

各种硬度计、金相显微镜、各种力学性能机）进行检测。

在GB/T19000－ISO9000系列标准中，要求对机械产品零部件在整个热处理过程中一切影响因素实施全面控制，反映原材料及热处理过程控制，质量检验及热处理作业条件（包括生产与检验设备、技术、管理、操作人员素质及管理水平）等各方面均要求控制，才能确保热处理质量。

一、硬度检验：

通常是根据金属零件工作时所承受的载荷，计算出金属零件上的应力分布，考虑安全系数，提出对材料的强度要求，以强度要求，以强度与硬度的对应关系，确定零件热处理后应具有大硬度值。

为此，硬度时金属零件热处理最重要的质量检验指标，不少零件还时唯一的技术要求。

1、常用硬度检验方法的标准如下：

GB230 -2002 金属洛氏硬度试验方法（合并了GB1818    金属表面洛氏硬度试验方法   ）   

GB231-2002    金属布氏硬度试验方法

GB4340-2000  金属维氏硬度试验方法（合并了GB4342 金属显微维氏硬度试验方法     GB5030   金属小负荷维氏试验方法）

2、待检件选取与检验原则如下：

为保证零件热处理后达到其图纸技术（或工艺）要求，待检件选取应有代表性，通常从热处理后的零件中选取，能反映零件的工作部位或零件的工作部位硬度的其他部位，对每一个待检件的正式试验点数一般应不少于3个点。

通常连续式加热炉（如网带炉）:

应在连续生产的网带淬火入回火炉前、回火后入料框前的网带上抽检3－5件/时。

且及时作检验记录。

同时，若发现硬度超差，应及时作检验记录。

同时，若发现硬度越差，应及时进行工艺参数调整，且将前1小时段的零件进行隔离处理（如返工、检）。

通常周期式加热炉（如井式炉、箱式炉）：

应在淬火后、回火后均从料框的上、中、下部位抽检6－9件/炉，且及时作检验记录。

同时，若发现硬度超差，应及时进行工艺参数调整，且将该炉次的零件进行隔离处理（如返工、逐检）。

通常感应淬火工艺及感应器与零件间隙精度调整，经首件（或批）感应淬火合格后方可生产，且及时作检验记录。

3、硬度测量方法：

3.1各种硬度测量的试验条件，见下表1：

试验类别

硬度范围

压头要求

mm

预载荷/N

总载荷/N

保荷时间/S

布氏硬度

P：

总载荷/N

D：

钢球压头直径/mm

140－450HB

（要求P＝30D2）

∮10mm钢球

无

29421

10－15

∮5mm钢球

7355

∮2.5mm钢球

1839

4－140HB

（要求P＝10D2）

∮10mm钢球

9807

∮5mm钢球

2452

∮2.5mm钢球

613

洛氏硬度

70－85HBA

120°金刚石圆锥体

98

588

10

30－100HRB

∮1.588mm钢球

980

20－67HBC

120°金刚石圆锥体

1471

表面洛氏硬度

70-94HR15N

120°金刚石圆锥体

29.4

147.1

8

42-86HR30N

294.2

20-78HR45N

441.3

常规维氏硬度

P：

总载荷

14-1000HV

136°金刚石四方角锥体

无

P分为：

5、10、20、30、50、100/kg

10

小负荷维氏硬度P：

总载荷

P：

总载荷分为：

0.2、0.3、0.5、1、2、2.5、3/kg

显微维氏硬度

P：

总载荷

P：

总载荷分为：

0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1/kg

3.2测量硬化层深度不同的零件表面硬度时，硬度试验方法与试验力的一般选择，见表2：

有效硬化层深度

表面硬度测量方法

采用标准

实验力，N

≤0.1

GB4340

≤9.807

>0.1-0.2

GB43400

9.807-49.03

>0.2-0.4

GB4340

>49.03-98.07

GB230（15N或30N标尺）

147.1或294.2

>0.4－0.6

GB4340

>98.07－294.2

GB230（A标尺）

588.4

>0.6－0.8

GB230（A或C标尺）

588.4或1471.0

>0.8

GB230（C标尺）

1471.0

备注

1、零件图纸硬度标注与实际硬度试验方法相对应

2、硬度测量时，若载圆柱面或球面上测量应按各自标准的规定进行硬度值修约。

3.3经不同热处理工艺处理后的表面硬度测量方法及其选择，见小表3：

热处理类别

表面硬度测量方法

选用原则

铸件与锻件

GB231

一般按GB231测量

正火与退火

GBG230,GB231,GB4340

淬火回火件

GBG230,GB231,GB4340

一般按GB230（C标尺）测量,调质件可采用GB231小件,薄件按GB4340,GB4341测量

感应淬火件

GBG230,GB1818,GB4340

一般按GB230（C标尺）测量,硬化层较浅时可采用GB4340

渗碳与碳氮共渗件

渗氮件

GB4340,GB230

一般按GB4340测量,渗氮层大于0.3mm时可用GB230，

氮碳共渗（软氮化）

GB4340,GB230

一般按GB4342测量

备注：

（1）零件心部或基体硬度，一般按GB230.GB231或GB4340的试验方法测量。

（2）若确定的硬度试验方法有几种试验力可供选择时，应选用试验条件允许的最大试验力。

5、测量数据的表示与记录：

5.1硬度值的表示一般以硬度范围法表示，标出上、下限值，如60－65HRC；特殊情况液可以只标下限值或上限值，应用不小于或不大于表示，如不大于229HBS；若记录换算硬度值时，应在换算值后面加括号注明实测值【如：

48.5HRC（75.0HRA）】；若记录硬度平均值时，应在硬度值平均值后米那加括号注明计算平均值所用的各测点硬度值【如：

64.0HRC（63.5HRC、64.0HRC、64.5HRC）】

5.2检验报告记录，包括零件名称、材料、检验数量、检验结果及检验人员与日期。

二、金相试验

金相分析时用金相显微镜观察金属内部的组成相及组织组成物的内型以及它们的相对量、大小、形态及分布等特征。

材料的性能取决于内部的组织形态，而组织又取决于化学成分及加工工艺，热处理时改变组织的主要工艺手段，因此，金相分析是材料及热处理质量检验与控制的重要方法。

1、通常金相检验方法的标准如下：

GB/T11354－1989     钢铁零件 渗氮层深度测测定和金相组织检验

GB/T9450－1988      钢铁渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核

GB/T9451－1988      钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定

GB/T5617－1985      钢的感应淬火或火焰火后有效硬化层深度的参定

GB/T13298－1991     金相显微组织检验方法

GB/T13299－1991    钢的显微组织评定方法

GB6394－86            金属平均晶粒度测定法

QC/T262—1999  　　汽车渗碳齿轮金相检验

QCn　29018—1991汽车碳氮共渗齿轮金相检验

QC/T502—1999　　　　汽车感应淬火零件金相检验

2、金相试样的选取与检验步骤：

2.1金相试样的选取：

2.1.1纵向取样：

纵向取样是指沿着刚材的锻扎方向进行取样。

主要检验内容为：

非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、碳化物网、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况等。

2.1.2横向取样

横向取样指垂直于钢材的锻扎方向进行取样。

主要检验内容为：

金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表面缺陷深度、氧化层深度、腐蚀层深度、表面化学热处理及镀层厚度等。

2.1.3缺陷或失效分析取样：

截取缺陷分析的试样，应包括零件的缺陷部分在内；或在缺陷部分附近的正常部位取样进行比较。

为此，通常检验零件的最重要项目为表层显微组织观察和硬化层深度测定，应横向取样；但紧固体的螺纹部分的渗层检验需要纵向取样。

2.2金相检验步骤：

选样——金相切割机（或线切割机）取样—镶嵌机加热镶嵌－磨抛机磨光/抛光－化学腐蚀（通常用4％硝酸酒精溶液）－金相观察/硬化层深度（或显微硬度）测定－出具检验报告

2.3取样数量：

通常连续式加热炉（如网带炉）：

1件/4小时

通常周期式加热炉（如井式炉、箱式炉）：

2－3件/炉（装炉夹具不同部位）

备注：

（1）金相试样以磨面面积小于400MM2，高度15－20MM为宜。

（2）试样的制备过程中，部允许因受热而导致组织变化，应避免试样边缘出现圆角并防止改变斜截面试样的角度。

3、金相组织观察与判别：

3.1渗碳或碳氮共渗：

3.1.1适用于08F、Q235AF、20、20Cr等低碳或低合金钢的零件。

3.1.2试样应从渗碳或碳氮共渗零件上切取。

也可用于钢件的材质，热处理状态，有效厚度一致，避过经同炉渗碳或碳氮共渗处理的试样。

3.1.3薄层碳氮共渗件（层深≤0.3mm），表层碳含量应不低于0.5％，氮含量应不低于0.1％。

薄层渗碳钢件（层深≤0.3mm）表层碳含量应不低于0.5％

3.1.4渗层显微组织评级在淬火状态下进行（放大倍率为400倍）。

3.1.5马氏体级别及残余奥氏体级别评定：

齿轮在放大400倍下检查，检查部位以节圆附近表面及齿根处为准。

按QC/T262—1999 标准中残余奥氏体马氏体级别图分别评定，1～5级合格。

3.1.7渗层（层深≤0.3mm）碳化物级别评定：

在放大400倍下检查，检查部位以齿顶角及工作面为准，按QC/T262—1999 标准中碳化物级别图评定。

常啮合齿轮1～5级合格，换档齿轮1～4级合格。

3.1.8心部铁素体级别评定：

按图标要求。

3.2渗氮或碳氮共渗（软氮化）：

3.2.1渗氮前调质组织的检验：

3.2.1.1渗氮前调质组织级别（对大工件可在表面2mm深度范围内检查），依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为500倍），回火索氏体中游离体素体数量共分1－5级，其中一般零件1－3级为合格，重要零件1－2级为合格。

3.2.1.2渗氮零件的工作面部允许由脱碳层或粗大的回火索氏体组织。

3.2.2试样应从渗碳零件上垂直于渗氮表面切取，也可用与零件的材料、处理条件、加工精度相同，并经同炉渗氮处理的试样；检验部位应具有代表性，若检查渗氮层脆性的试样，表面粗糙度要求>0.25－0.63mm，但不允许把化合物磨掉。

3.2.2渗氮层脆性检验：

经气体渗氮的零件，必须进行脆性的检验。

3.2.2.1依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为100倍），渗氮层脆性级别按维氏硬度压痕边角碎裂程度共分1-5级，其中一般零件1-3级为合格，重要零件1-2级为合格。

3.2.2.2检验渗氮层脆性，采用维氏硬度计，试验力规定用98.07N（10kgf），加载必须缓慢（在5－9s内完成），加载后停留5－10s，然后去载荷，同时，每制件至少测3点，其中2点以上处于相同级别时，才能定级，否则，需重新测定一次。

如由特殊情况经有关各方协商，亦可采用49.03N（5kgf）或294.21N（30kgf）的试验力，但需按下表4的值换算。

试验力（kgf）

压痕级别换算

49.03（5）

1

2

3

4

4

98.07（10）

1

2

3

4

5

294.21（30）

2

3

4

5

5

3.2.2.3渗氮层脆性应在零件工作部位或随炉试件的表面检验，对于渗氮后留由磨量的零件也可在磨去加工余量后表面上测定。

3.2.3渗氮层疏松检验：

经氮碳共渗（软氮化）的零件，必须进行疏松检验。

依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为500倍）取其疏松最严重的部位，渗氮层疏松级别按表面化合物内微孔的形状、数量、密集程度共分1－5级，其中一般零件1－3级为合格，重要零件1－2级为合格。

3.2.4渗氮扩散层中氮化物检验：

气体渗氮的零件必须进行氮化物检验。

依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为500倍），去其组织中最差的部位，渗氮层中氮化物级别按情况共分1－5级，其中一般零件1－3级合格，重要零件1－2级为合格。

3.3感应淬火：

3.3.1适用于中碳碳素钢（如45钢）和中碳合金钢（如40Cr）的机械零件。

3.3.2零件淬火后，表面不应有裂纹，灼伤等缺陷。

3.3.3零件经淬火，低温回火（≤200℃），金相组织按GB/T5617－1985标准共分1－10级，一般3～7级为合格。

4、硬化层深度的测定方法：

硬化层深度的测定方法分为金相法和硬度法两种，有争议时，以硬度法作为仲裁方法。

测定表面淬火【如感应淬火】、化学热处理【如渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗（软氮化）】及其他各种表面强化层深度时金相检验的重要内容。

根据硬化层深可以分为大于0.3mm的两种情况。

4.1金相法：

4.1.1层深>0.3mm的表面硬化层测定方法：

从零件表面垂直方向测量到规定的某种显微组织边界的距离。

测定层深时，各种强化工艺所规定的特征组织，见下表5：

强化工艺

材料

特征组织（体积分数）

感应淬火

碳钢、合金钢

淬火后检验，50％M

渗碳、碳氮共渗

碳钢、合金钢

回火态检验，50％F+P

渗氮、氮碳共渗

各种钢铁材料

渗氮后或经附加热处理，心部组织

4.1.2层深≤0.3mm的表面硬化层测定方法：

从表面垂直方向测量到与基体金属间的显微组织没有明显变化处的距离，即总硬化层深度。

4.2硬度法：

4.2.1从零件表面垂直方向测量到规定的显微硬度硬化层处的距离。

测定层深时，各种强化工艺下有效硬化层评定的参数，见下表6：

强化工艺

有效硬化层

界限硬度（HV）

推荐试验力/N

国家标准

感应淬火

DS

0.8HVMS1

9.8（4.9-49）2

GB5617-1985

渗C,CN共渗

DC

550

9.8（4.9-49）

GB9450-1988

渗N,NC共渗（软氮化）

DN

比基体硬度高50

2.94（1.96-19.6）

GB11354-1989

说明

1HVMS为技术要求规定的最低表面硬度

2（ ）内的数值为允许试验力范围

4.2.2渗碳和碳氮共渗有效硬化层（DC）：

4.2.2.1渗碳和碳氮共渗共渗有效硬化层（DC），经热处理至最终硬度值后，离表面三倍于有效硬化层处硬度小于450HV的零件，可采用比550HV大的界限硬度值（以25HV为一级）来测定有效硬化层深度

图片：

4.2.2.2渗碳或碳氮共渗淬火后，有效硬化层深度：

从零件表面到维氏硬度值为550HV处的垂直距离。

测定硬度所采用的试验力为9.807N（1kgf）；特殊情况下，经有关各方协议，也可采用4.903N（0.5kgf）范围的试验力，或采用表面洛氏硬度计测定。

4.2.2.3若采用其他试验力或其他界限硬度值时，则应在字母DC后指明，如0.5DC49.03/515，表示采用49.03N（5kgf）的试验力测定，界限硬度值为515HV，渗碳层深度为0.5mm。

4.2.3渗氮和氮碳共渗（软氮化）有效硬化层（DN）：

4.2.3.1从零件表面测至集体维氏硬度值高50HV处的垂直距离为渗氮层深度，对于渗氮层硬度变化很平缓的钢件（如碳钢或低碳低合金钢制件），其渗氮层深度可以从试件表面沿垂直方向测至集体维氏硬度值高30HV处。

采用为适应度，试验力规定为3.94N（0.3kgf）。

备注：

在3倍左右渗氮层深度的距离处所测得的硬度值（至少取3点平均）作为实测的基体硬度值。

4.2.3.2当渗氮层的深度与压痕尺寸不合适时，可由有关各方协商，采用1.96N（0.2kgf）－19.6N（2kgf）范围内的试验力，氮在HV后需注明：

如HV0.2，表示用1.96N（0.2kgf）试验力。

4.2.3.3若采用其他试验力或其他界限硬度值时，则应在字母DN后指明，如0.25DN300HV0.5,表示界限硬度值为300HV,试验力为4.903N（0.5kgf）时，渗氮层深度为0.25mm。

4.2.4感应淬火有效硬化层（DS）：

4.2.4.1从零件表面测至0.8HVMS维氏硬度值处的垂直距离为感应淬火硬化层深度。

4.2.4.2深度测量方法：

零件经淬火，低温回火后，在维氏硬度试验机上用9.8N的试验力，在垂直于零件表面的横截面指定部位进行测量。

经有关各方协议可以采用4.9－49N范围的试验力，其测量方法按GB/T5617执行。

4.2.4.3若采用其他试验力或其他界限硬度值时，则应在字母DS后指明，如DS4.9/0.9=0.6，表示采用4.9N（0.5kgf）的试验力测定，界限硬度值采用零件所要求的最低表面硬度值0.9倍，测的硬化层深度为0.6mm。

4.2.5有效硬化层测定方法：

4.2.5.1原理：

根据垂直于试样表面的横截面上硬度梯度来确定，即硬度值为纵坐标，至表面距离为横坐标，绘制处硬度值随表面距离而变化的曲线，

有效硬化层计算公式如下:

式中：

HS为规定的硬度值。

     d1、d2为最接近有效硬化层界限硬度值上下两点的距离。

     H1、H2分别为d1、d2处硬度测量值。

4.2.5.2测量步骤：

在最终热处理后的零件横截面上进行，依据GB/T9451－1988标准要求，硬度压痕在指定的宽度（W）为1.5mm的范围内，沿与表面垂直的一条或多条平行线上进行。

两相邻压痕间的距离（S）应不小于压痕对角线的2.5倍。

从表面到各逐次压痕衷心之间的距离，每次增加不超过0.1mm（如d2-d1应小于0.1mm）。

同时，测量表面到各压痕的积累距离的精度为±0.5um。

除有关双方由特殊协议外，压痕一般应在9.807N（1kgf）试验力下测出，并用放大400倍左右的光学仪器测量。

测量部位应经有关各方协商确定，并在磨抛过的检测面上两条带内进行。

4.4调质：

适用于40Cr、35CrMoA等钢，依据NJ309-83表准图谱（放大倍率为500倍），以最差视场评定，调质处理后集体组织应为回火索氏体，允许有少量铁素体（其含量应不大于3％），共分1－5级。

4.5正火：

中碳钢、中碳合金钢（如40Cr）的正火后的金相组织为均匀分布的铁素体＋片状珠光体，根据GB/T6394－86标准图谱（放大倍率100倍），其晶粒度级别共分1－10级。

三、热处理过程控制：

热处理过程中的质量控制，实际上是贯彻热处理相关标准的过程，包括热处理设备及仪表哦那个之、工艺材料及槽液控制、工艺过程控制等，只有严格执行标准，加强工艺纪律，才能将热处理缺陷消灭在质量的形成过程中，获得高质量的热处理零件。

1、相关热处理工艺及质量控制要求标准

GB/T16923－1997  钢的正火与退火处理；  GB/T16924－1997 钢的淬火和回火处理；

GB/T18177－1997  钢的气体渗氮；  JB/T3999-1999  钢件的渗碳与碳氮共渗淬火回火；

JB/T4155—1999  气体氮碳共渗；   JB/T9201—1999   钢铁件的感应淬火回火处理

JB/T6048—1992   盐浴热处理；    JB/T10175—2000    热处理质量控制要求

2、加热设备及仪表要求：

2.1、加热设备要求：

2.1.1加热炉需按有效加热区保温精度（炉温均与性）要求分为六类，其控温精度、仪表精度和记录纸刻度等要求，见下表7：

加热炉类别

有效加热区精度℃

控温精度℃

记录仪表精度%

记录纸刻度℃/mm

Ⅰ

±3

±1

0.2

≤2

Ⅱ

±5

±1.5

0.5

≤4

Ⅲ

±10

±5

0.5

≤5

Ⅳ

±15

±8

0.5

≤6

Ⅴ

±20

±10

0.5

≤8

Ⅵ

±25

±10

0.5

≤10

允许用修改量程的方法提高分辨力

依据相关热处理工艺标准，具体热处理工艺对加热炉技术要求，见下表8：

工艺类型

加热炉类别

有效加热区保温精度 ℃

正火与退火

Ⅵ

±25（外法兰正火应控制在±15）

淬火与回火

Ⅳ

±15

渗碳、氮碳共渗、碳氮共渗（软氮化）

Ⅳ

±15

渗氮

Ⅲ

±10

2.1.2加热炉的每个加热区至少有两支热电偶，一支记录仪表，安放在有效加热区，另一支接控温仪表。

其中一个仪表应具有报警的功能。

2.1.3每台加热炉必须定期检测有效加热区，检测方法按GB/T9452和JB/T6049的规定，其保温精度应符合表7要求。

应在明显位置悬挂带有有效加热区示意图的检验合格证。

加热炉只能在有效加热区检验合格证规定的有效期内使用，检测周期见下表9：

加热炉类别

有效加热区检测周期

仪表检定周期

Ⅰ

1

3

Ⅱ

6

6

Ⅲ

6

6

Ⅳ

6

6

Ⅴ

12

12

Ⅵ

12

12

2.1.4现场使用的温度测量系统，在正常使用状态下定期做系统效验。

效验时，检测热电偶与记录表热电偶的热距离应靠近。

校验应在加热炉处于热稳定状态下进行，当超过上述允许温度偏差时，应查明原因排除或进行修正。

系统效验允许温度偏差，见下表10：

加热炉类别

Ⅰ、Ⅱ

Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ

允许温度偏差

±1℃

±3℃

2.1.5保护气氛炉和化学热处理炉的炉内气氛应能控制和调节。

进入加热炉的气氛不允许直接冲刷零件。

2.1.6对气体渗碳（含碳氮共渗）炉，渗氮（含氮碳共渗（软氮化））炉，在有效加热区检验合格后还应进行渗层深度均匀性检验，试样放置位置参照有效加热区保温精度检测热电偶布点位置，检验方法按GB/T9450和GB/T11354的规定。

气体渗碳炉、渗氮炉中有效硬化层深度偏差，见表11和表12：

                表11  渗碳炉有效硬化层深度偏差值要求 （mm）

硬化层深度

<0.5

0.5—1.50

>1.5—2.50

>2.50

有效硬化层深度偏差

±0.05

±0.10

±0.15

±0.25

                表12  渗氮炉有效硬化层深度偏差值要求    （mm）      

硬化层深度

≤0.1

>0.1—0.2

>0.2—0.45

>0.45

有效硬化层深度偏差

±0.01

±0.025

±0.035

±0.05

2.1.7炉内的加热介质不应使被加热工件表面产生超过技术文件规定深度的脱碳、增碳、增氮和腐蚀等现象。

2.1.8 感应热处理加热电源及淬火机床：

2.1.8.1感应加热电源输出功率及频率必须满足热处理要求，输出功率控制在±5%，或输出电压在±2.5%范围内。

感应热处理机床和限时装置应满足工艺要求。

2.1.8.2感应淬火机床精度要求如下表13：

检验项目

精度

主轴锥孔径向跳动

回转工作台面的跳动

顶尖连线对滑板移动的平行度

工件进给速度变化量

0.3mm

0.3mm

0.3mm（夹