渗氮层、淬硬层、有效硬化层的硬度和厚度测试
一、钢铁零件渗氮(氮化）后的硬度及厚度检测方法：
随着工业的发展，渗氮处理被更多的应用到各行各业，对渗氮处理的检测要求也日益提高。下面北京时代山峰科技有限公司为您简单阐述钢铁零件渗氮处理后的硬度及厚度检测。
渗氮（气体渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、辉光离子氮化）零件的主要技术要**有效渗氮层深度，表面硬度和局部硬度。某些零件还有渗氮层脆性等级评定要求，完成以上要求，都需显微维氏硬度检测进行测定。
渗氮层从金相组织划分，包括从外层化合物层（白亮层）到扩散层与基体组织明显分界处为止的深度。显微维氏硬度检测，依据从工件表面测至与基体有明显界定硬度值处的垂直距离。
渗氮层深度以字母DN表示。
渗氮层深度硬度检测方法：
1、试样的准备
a、试样应从渗氮零件上切取，如工件不能破坏，也可用与零件相同材料和相同处理工艺的小试样切取后检测。
b、试样切取时要注意，应垂直渗氮层表面取样（详见金相试样取样方法），取样后进行必要的磨抛处理，在磨抛过程中应注意冷却，不能使工件过热，边缘不要出现倒角等。
c、检查渗氮层脆性的试样，表面粗糙度要求>Ra0.25-0.63um，但不允许把表面化合物层磨掉。
2、检测
a、根据国标规定，一般选用显微硬度计，检测力通常选用0.3--1KG，从试样表面测至比基体维氏硬度值高50HV处的垂直距离为渗氮层厚度。（通常采用梯式硬度测法，即从试样表面开始，每间隔一定距离打一点）
b、基体硬度的取点与测定，一般在3倍左右渗氮层深度的距离处测得的硬度值(至少取3点，平均值)做为基体硬度值。
c、对于渗氮层硬度变化很平缓的钢种，（如碳钢、低碳合金钢制件），其渗氮层深度可以从试样表面沿垂直方向测至比基体维氏硬度高30HV处。
d、当渗氮层深度有的特别浅，有的则较深时，检测力可以在0.2KG范围内选择(并注明，如HV0.2)
e、结果的表示，渗氮层深度用字母DN表示，深度以毫米计，取小数点后两位。（如：0.35DN300HV0.3，表示渗氮层厚度为0.35mm，界限硬度值为300HV，检测力为0.3KG）。
f、一般零件推荐的小有效渗氮层深度（DN）及上偏差表
单位/mm
有效渗氮层深度DN | 上偏差 | 有效渗氮层深度DN | 上偏差 |
0.05 | 0.02 | 0.35 | 0.15 |
0.1 | 0.05 | 0.4 | 0.2 |
0.15 | 0.05 | 0.5 | 0.25 |
0.2 | 0.1 | 0.6 | 0.3 |
0.25 | 0.1 | 0.65 | 0.3 |
0.3 | 0.1 | 0.75 | 0.3 |
3、总渗氮层深度
是指氮渗入的总深度，一般是指从表面测量到与基体硬度或组织有明显差别处的垂直距离，单位为mm，包括化合物层和全部扩散层。当零件以化合物层厚度替代DN要求时，应特别说明。厚度要求随零件服役条件不同而变
4、化合物层厚度
化合物层主要是Fe3N及少量Fe4N和Fe3C相所组成，化合物层硬度较高，提高了零件耐磨性和抗蚀性能。
一般零件推荐的化合物层厚度及公差表（单位/mm）
化合物层厚度 | 上偏差 | 化合物层厚度 | 上偏差 |
0.005 | 0.003 | 0.012 | 0.006 |
0.008 | 0.004 | 0.015 | 0.008 |
0.010 | 0.005 | 0.024 | 0.012 |
5、渗氮层脆性检验
a、渗氮层脆性级别按维氏硬度压痕边缘碎裂程度分为5级 | 级别 | 渗氮层脆性级别说明 |
1 | 压痕边角完整无缺 |
2 | 压痕一边或一角碎裂 |
3 | 压痕二边或二角碎裂 |
4 | 压痕三边或三角碎裂 |
5 | 压痕四边或四角碎裂 |
b、渗氮层脆性检验一般采用维氏硬度计，试验力10公斤，试验力的加载必须缓慢（在5-9S内完成），试验力加载完成后必须停留5-10S，然后卸载试验力，特殊情况也可采用5KG或者30KG试验力。
c、维氏硬度压痕在显微放大100倍下进行检查，每件至少测3点，其中两点以上处于相同级别时，才能定级。否则需重新检验。
d、渗氮层脆性应在零件工作部位或随炉试样的表面上检测，一般零件为1-3级为合格，重要零件1-2级为合格，对于渗氮后留有磨痕的零件，也可在磨去加工余量后的表面上进行测定
e、经气体渗氮后的零件，必须进行检验。
二、钢铁件渗碳/碳氮共渗淬火硬化层深度（厚度）检测：
淬硬层深度（渗碳淬火硬化层）：从零件表面到维氏硬度值为550HV1处的垂直距离。
适用范围：
本检测方法适用于渗碳和碳氮共渗硬化层；并经热处理后，距离表面3倍于淬火硬化层深度处，硬度值小于450HV的零件。对于距离表面3倍于淬火硬化层深度处硬度值高于450HV的钢件，本测定方式也适用，前提条件是选择硬度值大于550HV（以25HV为**）的某一特定值作为界限硬度。
表示方法：
淬硬层深度用CHD表示，单位为mm。如CHD=0.5mm。
测定维氏硬度值采用试验力为9.807N（1kgf）。特殊情况可选用4.903N-9.807N，即硬度界限值可使用550HV1以外的其他值。
深度测定：
1、试样的制作：一般在终热处理后的工件上垂直取样，并进行必要的研磨抛光（请参考金相试样的制作）。在样件的横截面上进行测定。特殊情况可采用随炉试样。
2、测定方法：在宽度（W）为1.5mm范围内（即测试区域的宽度），在与零件表面垂直的一条或多条平行线上测定维氏硬度（一般采用两条）。每两相邻压痕中心的距离（S）应不小于压痕对角线的2.5倍，按直线方式进行逐点打压测试。逐次相邻压痕中心至零件表面的距离差值（即a2-a1），不应该超过0.1mm。测量压痕中心至零件表面的距离精度应在±0.25um的范围内，而每个硬度压痕对角线的测量精度应在±0.5um以内。试验力一般采用HV0.1--HV1获得维氏硬度压痕，并采用400X以上放大倍数。
3、深度确定：根据测试的两条(或多条)压痕走线，确定每条压痕走线硬度值为550HV处至零件表面的距离，如果两条线数值的差小于或等于0.1mm，则取它们的平均值做为淬硬层的深度。如果差值大于0.1mm，则应重新试验。
淬硬层深度的校核：
在深度大概确定的情况下，可采用内插法校核（在淬硬层深度基准硬度附近的过渡区，硬度梯度近似直线变化）。在零件的垂直截面上，距零件表面d1和d2的位置各打5点（建议平行工件表面取点成线），而且d1和d2分别小于和大于确定的淬硬层深度(即以确定的硬化层深度为基线，d1靠近零件表面淬硬层方向，d2靠近零件基体方向)（d2-d1）的值不应超过0.3mm。
硬化层深度 CHD=d1+ （d2-d1）X（H1-H3）/（H1-H2）
d1：小于硬化层深度（单位mm）
d2：大于硬化层深度（单位mm）
H3：规定的硬度值
H1:d1处的平均硬度值
H2：d2处的平均硬度值
备注：使用内插法时，好检查紧靠表层下面区域的硬度，如果次表面的残留奥氏体过多，这一区域的硬度可能低于550HV的极限硬度值。
三、钢铁零件表面淬火后的硬度及淬火厚度（深度）检测方法：
有效硬化层深度（DS）：是指从零件表面到维氏硬度等于极限硬度那一层之间的距离。
极限硬度（HVHL）：是指零件表面所要求的低硬度（HVMS）乘以系数，通常HV1试验力系数可以选用0.8，也可以选用0.9或者更高（如零件表面硬度320HV，那么极限硬度=320X0.8=256HV）。
1、试验力的选择
通常选用显微维氏硬度计，试验力通常选用HV1(9.807N),也可选用4.9N-49N范围内。
2、 检测
a、检测应在规定试样表面的一个或者多个区域内进行，并在图纸上注明。
b、检测试样的制备：
应在垂直淬硬面切取试样，切断面作为检测面。检测面应做好磨抛处理，使其达到光洁如镜。在切割、磨抛过程中要注意避免工件过热、变形、出现倒角等。详见技术文章栏目内的《金相试样制备流程》，这里不做过多阐述。
c、硬度检测：
硬度压痕应当打在垂直于表面的一条或多条平行线上，而且宽度为1.5mm区域内，靠近表面的压痕中心与表面的距离为0.15mm，从表面到各逐次压痕中心的距离应每次增加0.1mm。当表面硬化层深度大时，各压痕中心的距离可以大一些，但在接近极限硬度区域附近，仍应保持压痕中心之间的距离为0.1mm。
d、测量结果：
用垂直表面横截面上的硬度变化曲线来确定有效硬化层深度。由绘制的硬度变化曲线，确定从零件表面到硬度值等于极限硬度的距离，这个距离就是感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度。
备注：
一个区域内有多条硬度变化曲线时，应取各曲线测得的硬化层深度平均值，作为有效硬化层深度。有效硬化层深度用字母DS表示，深度单位为mm，例如硬化层深度0.5mm可以写成DS0.5。
