顏衛兵¹  顏 敏¹   顏正夫¹   熊高樂¹    黃玉熙²

   1、臺州金鋒熱處理有限公司，浙江 臺州  317503  2, 蕪湖造船廠  安徽 蕪湖 241001

摘要：硬度法測定滲碳淬火件的淬硬層深度時，如果硬度不同的零件一律按550HV1的界限硬度測定，測定結果誤差較大。應根據滲碳淬火件的表面硬度和基體硬度的高低，對550HV1的界限硬度進行修正，用特定值的界限硬度測定的淬硬深層度才是正確的。

關鍵詞：  淬硬層深度  硬度  滲碳淬火件

Effects hardness of carburized and hardened part on determination of case-hardened depth  

Yan Weibing¹， Yan Min¹， Yan Zhengfu¹， Xiong Gaole¹  Huang Yuxi²

1. Taizhou Jinfeng Heat Treatment Co.Ltd, Zhejiang  Taizhou  317503  China , 2. Wuhu shipyard Anhui Wuhu 241001 China)        

    Abstract: Hardness method for determining case-hardened depth of carburized and hardened part, If parts with different hardness detected by the limit hardness of 550 HV1，the result of determination will have a large error. The limit hardness of 550 HV1 must be corrected according to surface hardness and  matrix hardness of carburized and hardened part, the case-hardened depth determined by specific value limit hardness is right.

   Keywords: case-hardened depth， hardness， carburized and hardened part

    

      需要耐磨又具有足夠韌性的零件，通常選擇低碳鋼滲碳或碳氮共滲處理，滲碳層深度是衡量滲碳件的重要指標之一。目前普遍采用硬度法測定滲碳淬火件的淬硬層深度，在有爭議的情況下，硬度法是唯一可采用的仲裁方法。多數滲碳件要求硬度為58～62HRC，有些滲碳件只要求55～58HRC或更低, 如MQ級、ME級齒輪表面硬度為58～64HRC，ML級齒輪最低55HRC^【1】。具有不同表面硬度的滲碳淬火件,若一律以550HV1界限硬度測定的淬硬層深度誤差很大，測定的結果不能反映滲碳件的真實淬硬層深度。GB/T 9450-2005 標準中沒有提出滲碳件表面硬度對測定淬硬層深度的影響，我們通過試驗確定界限硬度與表面硬度、基體硬度之間的關系。    

    

   1  試驗材料與方法(fa)

   試驗用鋼為 20CrMnTi、20Cr2Ni4A、EN30B等鋼，EN30B鋼的化學成分（質量分數％）為0.30C、0.26Si、0.5Mn、3.98Ni、1.30Cr、0.28Mo。       

   除EN30B鋼試樣尺寸為Φ60XΦ20X50mm外，其他各組試樣尺寸為Φ20X100m。同一組試樣經同爐滲碳淬火后，分別經不同溫度回火，就得到一組具有相同滲碳層深度，不同表面硬度、不同基體硬度的試樣。測定各試樣的硬化層硬度分布曲線，以級差值為25HV的不同界限硬度，用作圖法求出相應的淬硬層深度，然后繪制出該組各試樣的淬硬層深度與表面硬度、基體硬度和界限硬度的關系曲線。

    

   2  淬硬層深(shen)度(du)與滲碳(tan)淬火件表(biao)面硬度(du)的關系    

    2.1  硬化層硬度分布曲線

      圖1 是一組20CrMnTi鋼具有相同滲碳層深度，不同表面硬度和不同基體硬度的硬化

   層硬度分布曲線，從圖中曲線可見，表面硬度降低的同時也伴隨著基體硬度減小，但基體硬度降低的幅度較小，總硬化層深度不變。若各試樣均以550HV1界限硬度測定的淬硬深度卻相差很大,如圖1(a)所示；如果各試樣分別用各自特定的界限硬度測定的淬硬層深度是相同的，見圖1(b)及表1。

    

   （a）550HV1界限硬度測定的淬硬層深度          (b)  用特定值界限硬度測定的淬硬層深度

     圖1  20CrMnTi鋼滲碳試樣的淬硬層深度與表面硬度的關系

                   （本文各圖方框中xxHRC表示試樣表面硬度、xxxHV表示基體硬度）

   Fig.1 Relationship between case-hardened depth and surface hardness of 20CrMnTi steel 

   carburized specimen.        

1. The case-hardened depth detected by the limit hardness of 550 HV1 limit hardness.

2. The case-hardened depth determined by specific value limit hardness.

   （This article is in the frame of each diagram ,xx HRC indicates surface hardness, xxx HV indicates matrix hardness）

    

   表1   淬硬層深度與滲碳試樣硬度的關系

   Table 1 Relationship between case-hardened depth and hardness of carburized specimen

2.2  淬硬(ying)層深(shen)度與表(biao)面硬(ying)度的關系

測定滲碳淬火件的淬硬層深度首先要確定界限硬度值, GB/T 9450-2005標準適用于滲碳和碳氮共滲碳件淬火硬化層;并經最終熱處理后，距表面3倍于淬火硬化層深度處硬度值（本文稱為基體硬度）小于450HV零件，高于450HV的鋼件選擇大于550HV（以25HV為1級）的某一特定值作為界限硬度^【2】。說明基體硬度小于450HV時，才能采用550HV界限硬度。標準對滲碳淬火件的表面硬度沒有明確規定，但是滲碳淬火件的硬度多數為58～62HRC ，實際上基本條件中已包含表面硬度為58～62HRC。對于表面硬度高于或低于58～62HRC滲碳淬火件如何確定界限硬度，只能由有關方通過協議確定。

將基體硬度小于450HV，表面硬度為58～62HRC，界限硬(ying)度550HV設定為基(ji)(ji)準條件（或(huo)稱(cheng)基(ji)(ji)準級）。基(ji)(ji)體硬(ying)度高于(yu)450HV，表面硬(ying)度高于(yu)或(huo)低于(yu)58～62HRC時，必須對550HV界限硬度(du)進行修正，并(bing)以25HV作(zuo)為一級的級差值確定特定值的界限硬度(du)。

圖2  20Cr2Ni4A鋼滲碳試樣的淬硬層深度與界限硬度的關系

Fig.2 Relationship between case-hardened depth and limit hardness of 20Cr2Ni4A steel carburized specimen.

圖2是20Cr2Ni4A鋼滲碳淬火試樣的淬硬層深度與表面硬度、界限硬度的關系曲線,這是一組具有相同滲碳層深度，不同表面硬度，且各試樣的基體硬度都低于450HV。

各試樣以各自特定的界限硬度測定的淬硬層深度都交于CHD=2.63mm水平線上，只有表面硬度為59HRC試樣以550HV界限硬度相交在該水平線上，說明表面硬度59HRC試樣符合基準級條件。其他試樣分別以不同的界限硬度測定的淬硬層深度也在這條水平線上。表明各試樣根據表面硬度高低確定特定值界限硬度，然后用特定值界限硬度測定的淬硬層深度與基準級的淬硬層深度是相符合的。   

表面硬度62.5HRC試樣用高于基準級一級的575HV1特定界限硬度；而表面硬度56.5HRC試樣用低于基準級一級的525HV1的特定界硬度，兩試樣用特定值界硬度測定的淬硬深度均與基準級的淬硬層深度相符合，表明表面硬度的級差約為3個HRC。從圖2可以看出,即使基體硬度都小于450HV1，而表面硬度不同的滲碳淬火件，如果一律按550HV1界限硬度測定的淬硬層深度相差很大，如圖2中虛線所示。說明滲碳淬火件的表面硬度是確定界限硬度一個不可缺少的條件，是影響淬硬層深度測定結果的一個重要因素。  

3  淬硬層深度與基體硬度的關系

 3.1  基體硬(ying)度

從總硬化層深度往基體金屬內部的硬度基本上趨于穩定，該區域內的硬度稱為基體硬度(HV)，如圖(tu)3實(shi)測的硬化層硬度分布曲線中呈水平線區域內的硬度。標準中規定距表面3倍淬火硬化層深度處硬度，其檢測部位就在基體硬度測定的區域內，該處的硬度實際上就是基體硬度。

圖3總硬化層處的硬度為342HV1，而距表面3倍淬硬層深度處硬度為331HV1。總硬化層處的硬度高低直接影響硬化層硬度分布曲線的梯度大小，影響滲碳淬火件淬硬層深度值，離總硬化層較遠處的硬度高低不再改變曲線梯度，就不會影響淬硬層深度的檢測結果。

 圖3  滲碳淬火鋼件硬化層硬度分布曲線

   Fig.3 Hardness distribution curve of hardened Layer of carburized and hardened part

3.2  淬(cui)硬(ying)層深度與基體硬(ying)度的關(guan)系(xi)

標準規定距表面3倍于淬硬層處硬度值高于450HV的鋼件，選擇硬度值大于550HV（以25HV為一級）的某一特定值作為界限硬度，但標準沒有對基體硬度等級如何劃分，每級的級差值是多少也沒有作具體說明。

圖4 是EN30B鋼試樣的淬硬層深度與表面硬度、基體硬度和界限硬度的關系曲線，該組試樣具有相同滲碳層深度，不同表面硬度，不同基體硬度，且基體硬度均高于450HV1。

圖4  EN30B鋼滲碳試樣淬硬層深度與界限硬度的關系

Fig.4 Relationship between case-hardened depth and limit

                 Hardness of EN30B steel carburized specimen.

參照圖2設定的基準級條件，59HRC試(shi)樣的表面硬度(du)符合基(ji)準級(ji)(ji)(ji)要求，而基(ji)體(ti)硬度(du)為532HV1，以高(gao)出(chu)基(ji)準級(ji)(ji)(ji)二級(ji)(ji)(ji)的特定界限(xian)硬度(du)（600HV1）,相交于淬硬層深度為CHD=2.26mm水平線，基體硬度每級的級差應不低于41HV1，取50個 HV作為一個進級數。

   其他試樣用各自特定值界限硬度測定的淬硬層深度接近CHD=2.26mm。與基準級測定的

的淬硬層深度相符合。如果一律用550HV界限硬度測定時，各試樣的淬硬層深度相差很大，      

如圖4 中粗虛線所示，檢測結果見表2。                              

表2  EN30B鋼的淬層深度與滲碳試樣硬度的關系

Table 2  Relationship between case-hardened depth and hardness of EN30B steel carburized 

specimen.

4  特定值界限硬度的確定

4.1  基準級與進級等級的設(she)定

將基體硬度低于450HV，表面硬度60±1.5HRC ，界限硬度550HV，設定為基準級。

試驗結果表明：表面硬度以3個HRC單位作為一個進級或降級單位，基體硬度高于450HV時，按50個HV單位作為一個進級單位。無論是表面硬度或是基體硬度每進1級或降1級，都以25HV對550HV的界限硬度值進行修正。

4.2  界(jie)限(xian)硬度與(yu)基體(ti)(ti)硬度、表(biao)面硬度的關系

測定滲碳淬火件的淬硬層深度，首先要確定界限硬度，而界限硬度與滲碳件表面硬度和

基體硬度有關。表3是表示界限硬度的進級數與滲碳淬火件硬度的關系，表4是按總的進級

數確定修正后的界限硬度值（特定值界限硬度）。

表3   界限硬度進級數與滲碳淬火件硬度的關系   

Table 3  Relationship between progressive series of limit hardness and hardness of carburized and hardened part

表4    界限硬度與滲碳淬火件硬度的關系

Table 4 Relationship between limit hardness and hardness of carburized and hardened part

    從以上各圖實測界限硬度與按表4確定的界限硬度是相符合的。

5討論與(yu)建議

5.1建議明確基體硬度定義

從總硬化層深度往基體金屬趨于穩定區域內的硬度稱為基體硬度(HV)。建議離總硬化層深度1.0～2.0mm范圍內檢測硬度的平均值作為基體硬度（HV）。

測定滲碳件的淬硬層深度通常是采取內插法測定，不測定硬化層硬度分布曲線，無法確定基體硬度，這種情況下以距表面3倍淬硬層深度處的硬度作為基體硬度。

5.2 滲碳淬火件的(de) 硬度對淬硬層深度測(ce)定的(de)影響

無論是GB/T 9450-2005或是ISO 2639-2002^【3】及ISO 18203-2016^【4】等標準，只對基體硬度值高于450HV的鋼件，選擇硬度值大于550HV的某一特定值作為界限硬度，但沒有對基體硬度進級的級差值作出具體規定,幾個標準都沒有提出滲碳件表面硬度高低對確定界限硬度值的影響，通過試驗表明表面硬度高低影響淬硬層深度的測定，只有表面硬度為60±1.5HRC,基體(ti)硬度(du)小于(yu)450HV1的滲(shen)碳淬(cui)火(huo)件可直接采用(yong)550HV的界(jie)限硬度(du)測定淬(cui)硬層深度(du)。滲(shen)碳件的表面硬度高于或低于60±1.5HRC，若仍取550HV1作為界限硬度，測定淬硬層深度都出現偏差，這是我們在執行該標準過程中遇到最難解決的問題。由試驗得出界限硬度與表面硬度、基體硬度之間存在一定關系，無論是基體硬度或是表面硬度都會影響界限硬度的確定。我們在執行該標準過程中，對表面硬度低于58HRC或基體硬度高于450HV的滲碳淬火件時，與有關方商議按表4界限硬度與滲碳淬火件硬度的關系來確定界限硬度，然后用特定值的界限硬度測定滲碳淬火件的淬硬層深度。

6  結論

1)滲碳淬火件的(de)表面硬度(HRC)和基體硬度(HV)是確定界限硬度的兩個重要因素，缺一不可。將基體硬度低于450HV，表面硬度60±1.5HRC ，界限硬度550HV，設定為基準級。

2)滲碳淬火件(jian)的(de)基體硬度高于450HV、表面硬度高于或低于60±1.5HRC，必須對550HV界限硬度進行修正，然后用特定值的界限硬度測定的淬硬層深度與基淮級測定的淬硬層深度是相符合的。

3)滲碳或(huo)碳氮共滲淬火(huo)鋼件測定淬硬層深(shen)度時，表(biao)面硬度和基體硬度符(fu)合基準級要求(qiu)，直接用550HV界限(xian)硬度測定。若(ruo)不(bu)符(fu)合則按下表(biao)確定其特定值的界限(xian)硬度(HV)，然(ran)后用特定值界限(xian)硬度測定滲碳淬火(huo)件的淬硬層深(shen)度。

界限硬度與滲碳淬火件硬度的關系

    Relationship between limit hardness and hardness of carburized and hardened part

4）本文只是起拋磚引玉作用與同行探討，供在執行該標準時參考。

參考文獻 ：

 ［1］GB/T 8539-2000(齒輪材料及熱處理品質檢驗的一般規定) p6,表6，7.1.

［2］GB/T 9450-2005（鋼件滲碳淬火硬化層深度的測定和校核）

 ［3］ISO 2639=2002  Steel-Determination and verification of the effective depth of carburized and hardened case 

［4］ISO 18203 =2016  Steel-Determination of the thickness of surface-hardened layer

作者簡介

顏衛兵（1972—）總經理，本科學歷 從事熱處理新設備開發、新工藝的研究，獲得6項發明專利，

聯系電話13906566385  E-mail:yanwb@126.con

通訊作者：顏 敏 常務付總，從事熱處理生產技術管理，聯系電話13575870844 E-mail:106481354@qq.com