1檢驗方法
1.1有效硬化層深度測量方法:零件經(jīng)淬火、低溫回火后,在維氏硬度試驗機上用9.8N的試驗力,在垂直于零件表面的橫截面指定部位進(jìn)行測量。
經(jīng)有關(guān)各方協(xié)議可以采用4.9~49N范圍的試驗力,其測量方法按CB/T5617執(zhí)行。
1.2顯微組織應(yīng)在400倍下測量,在有效硬化層表層處檢驗。
一、概論
近幾十年來機械行業(yè)中廣泛應(yīng)用球墨鑄鐵制造各種機械零件,但是目前還沒有一套嚴(yán)格的、統(tǒng)一的球墨鑄鐵金相檢驗標(biāo)準(zhǔn),來指導(dǎo)熱處理工藝和進(jìn)行質(zhì)量檢驗。本標(biāo)準(zhǔn)的制訂對廣泛采用球墨鑄鐵,控制球墨鑄鐵感應(yīng)淬火質(zhì)量將具有重要作用。
二、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用說明
1.金相組織
(1)可參照鋼制件感應(yīng)淬火金相檢驗標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)與本標(biāo)準(zhǔn)是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。球墨鑄鐵中的球狀石墨,在短時間的感應(yīng)加熱過程中,除少量石墨碳擴散到牛眼狀的鐵素體組織外,其形態(tài)基本沒有變化。組織組分比鋼復(fù)雜。但亦有它們相似之處,如金相組織中馬氏體組織級別的評定,我們從過熱組織到欠熱組織順序排列,并同樣訂為八級組織級別圖片,以適應(yīng)球墨鑄鐵淬火后的金相組織檢査。其中1~2級屬于過熱形成的粗馬氏體,是不合格組織;7~8級為加熱不足,形成微細(xì)馬氏體和未溶解珠光體、鐵素體組織,見表4-7-7。其適應(yīng)的感應(yīng)淬火工藝規(guī)范,見表4-7-8.
(2)對鑄鐵金相組織的要求。鑄態(tài)零件能否直接進(jìn)行中頻淬火,除有良好的力學(xué)性能外,還須具有感應(yīng)淬火所要求的以珠光體為基體的金相組織。
珠光體含量≥75%; 珠光體形態(tài)為片狀;石墨球化率為70%以上;石墨形態(tài)為球狀、團狀碳化物、磷共晶總量<5%;硬度為220~260HBS。
2.硬化層的測定方法
自國際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布了ISO37541976E)《鋼一一感應(yīng)淬火有效硬化層深度的測定方法》后,世界各國對鋼件硬化層深度有了統(tǒng)一的測量方法,我國的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在推行中。但對球鐵硬化層深度的測定方法,還未査到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我們參照了國際上鋼件的硬化層深度測量方法,考慮到球墨鑄鐵組織的復(fù)雜性,提出相應(yīng)的測定方法。
(1)金相法。金相法是采用界限金相組織劃線測量硬化層深度的方法。
球墨鑄鐵中珠光體含量不低于75%時,經(jīng)高、中頻淬火,并經(jīng)150~200℃低溫回火后,其金相組織界限很明顯,很容易劃線測量。本標(biāo)準(zhǔn)適用于珠光體含量不低于75%的球墨鑄鐵淬火組織。淬火后硬化層是指零件表面至珠光體面積占20%處的垂直距離(珠光體含量采用定量金相法測定)
(2)硬度測定法(有效硬化層深度)。為搞清球墨鑄鐵應(yīng)用金相法測量硬化層和硬度法測量硬化層的差異,我們參照了國際標(biāo)準(zhǔn)IS03754-1976(E)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:鋼制件有效硬化層深度(DS),是指零件淬火后從表面到維氏硬度等于界限硬度值之間的垂直距離。所謂界限硬度是零件規(guī)定的表面硬度值下限的0.8倍。即
界限硬度HV=0.8x表面硬度下限值(HV)
例如,珠光體球墨鑄鐵曲軸表面硬度下限值為46HRC相當(dāng)于449HV,則其界限硬度值=0.8×449HV=360HV,用顯微硬度計測量硬化層深度,其硬度變化曲線見圖4-7-12.
金相法從試樣表面測至面積分?jǐn)?shù)為20%珠光體處,兩方法試驗結(jié)果見表4-7-10。從表4-7-10中的試驗結(jié)果可以看出,兩種方法測量值相差很少,在測量誤差范圍之內(nèi)。但在試驗過程中發(fā)現(xiàn),球墨鑄鐵用硬度法測量硬化層有效深度有下列缺點
1)經(jīng)高、中頻感應(yīng)淬火后的球墨鑄鐵組織較為復(fù)雜,大量的球狀石墨用硬度法測量時,金剛石錐頭難以避開石墨球。
表4-7-10金相法和硬度法硬化層試驗結(jié)果
2)用硬度法測定硬化層,為防止負(fù)荷較大時,壓痕周邊接近石墨球而影響測量值的精確性,其負(fù)荷最好采用0.49~2.94N, 以顯微硬度法為宜。
珠光體球墨鑄鐵基體組織細(xì)致,經(jīng)高、中頻感應(yīng)淬火后,過渡區(qū)組織界限明顯,劃線測量較為容易,與硬度法相比,測量誤差小,因此本標(biāo)準(zhǔn)仍采用金相法
3檢驗方法
球墨鑄鐵感應(yīng)淬火零件的檢驗方法有很多種。除斷口檢驗不適用外,硬化層的低倍冷觸硬度測定及金相組織檢驗等均適用。由于球墨鑄鐵硬化層過渡區(qū)域短,界限組織明顯,用冷觸方法能清晰顯示出零件硬化層分布。要全面鑒定中頻淬火零件的質(zhì)量,仍需采用金相組織檢驗及硬度測定法。產(chǎn)品質(zhì)量檢驗包括以下幾方面。
1)生產(chǎn)中按要求定期抽取有代表性零件,進(jìn)行金相組織、層深、硬度等檢驗,觀察是否符合圖樣要求。
2)對重要零件按圖樣要求進(jìn)行磁力探傷,檢驗有否淬火裂紋。
3)對新產(chǎn)品投產(chǎn)、生產(chǎn)工藝的更改、設(shè)備條件變化等,產(chǎn)品零件需全面質(zhì)量檢驗。即檢驗金相組織、層深、硬度等指標(biāo)是否符合圖樣要求。在硬化區(qū)域內(nèi)要測幾點硬度,了解有無軟點,必要時應(yīng)縱向取樣,檢查硬化區(qū)域?qū)由畹姆植肌Ｓ不瘜咏鹣嘟M織在金相顯微鏡下放大400倍觀察。硬化層深度在金相顯微鏡下放大100倍測量。
4.金相樣品的選取與制備
(1)取樣位置。選取有代表性的金相試樣是獲得正確檢驗結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。形狀簡單的零件在硬化區(qū)中部取樣,見圖4-7-13。要求圓角處淬火零件的取樣部位,見圖4-7-14要求硬化層連續(xù)的變截面軸類零件取樣位置,見圖4-7-15。
(2)樣品的制備。球墨鑄鐵樣品的制備是一項困難的工作,球墨鑄鐵經(jīng)感應(yīng)淬火后,樣品的制削難度更大,基體組織硬,石墨球軟,磨制時稍有不慎造成石墨球拖尾或剝落,樣品表面在顯微鏡下觀察呈一片黑色。有的因石墨球變形,而不能反映真實的金相組織。因此操作正確、熟練是制作樣品的關(guān)鍵。
1)磨光。首先將切割后的樣品磨面在砂輪上平整,然后依次用280號、0/1號、0/3號、0/5號砂紙磨制,每換一道砂紙需將樣品轉(zhuǎn)90°。樣品由磨盤中心移至邊緣,返回時樣品應(yīng)提離砂紙,這樣進(jìn)行3~5次。一定不要來回往復(fù)研磨,以防石墨拖尾或剝落。在最后一道精磨時用力不宜過大,時間不宜過長,以免樣品表面氧化產(chǎn)生素亂層,給拋光帶來困難。精心磨制后的樣品,經(jīng)清洗吹干后可置于顯微鏡下觀察,視場內(nèi)呈現(xiàn)出一個方向的細(xì)磨痕,球墨輪廓清晰,呈灰色,見圖4-7-16,一經(jīng)拋光即可有良好的效果。
2)粗拋光。把試樣磨面均衡地壓在旋轉(zhuǎn)拋光盤上,并不斷地將試樣由磨盤中心至邊緣往
返旋轉(zhuǎn)進(jìn)行拋光。拋光粉以三氧化二鉻(Cr:O3)效果最佳。因為它對石墨球的剝落程度最輕,
同時又具有硬度高的特點。為了提高拋光效果,在三氧化二鉻拋光液中添加一定量的鉻酐,是保護(hù)石墨不剝落方法之一,拋光液的配方如下:
水: 500mL
三氧化二鉻: 10~15
鉻阡: CO2
將配好的拋光液均勻攪拌呈懸浮液狀態(tài),酒在細(xì)帆布拋光盤上,拋光速度為700~1200r/min,經(jīng)3~5min可全部消除細(xì)砂紙磨痕。
控制拋光液溫度也很重要,過濕或過干都能損壞石墨的完整,檢查拋光液溫度是否恰當(dāng),可由磨面上水膜蒸發(fā)時間來判定。當(dāng)磨片提離拋光盤時,磨面上水膜在1~5s內(nèi)蒸發(fā)掉,其濕度為恰當(dāng)。
3)精拋光。洗凈磨面及試樣周邊臟物,移至精拋光盤,拋光織物以短毛絲絨為底,白紡綢為面的雙層拋光織物為最佳。拋光劑是清水或沉淀后的稀液,精拋5~10min。為了防止石墨球的剝落,試樣應(yīng)移至拋光鹽近中心處拋光。如有石墨球拖尾時,可將試樣作反方向轉(zhuǎn)動,并減輕壓力,就能獲得良好的效果。
人造金剛石研磨膏也是拋光球墨鑄鐵的良好磨料。只須將少許磨膏用手指嵌入織物,拋光時用少量水即可。切勿沖洗,以免研磨膏沖失,而降低拋光效果。以采用2.5#~3#粒度的研磨膏比較適宜。
4)侵蝕。精心制備后的試樣用含體積分?jǐn)?shù)2%~4%硝酸酒精溶液侵蝕,直至顯示出清晰的硬化層為止,即可洗浄吹干。
在制備試樣過程中,沖洗液溫度的選擇也是非常重要的。因為球墨鑄鐵基體組織復(fù)雜,除有大量球墨外,還有孔洞等,侵蝕液極易滲入孔洞及球墨邊緣或剝落處。用傳統(tǒng)方法涼水沖洗達(dá)不到理想的效果。用酒精效果也不理想,其缺點是磨面呈深淺不同顏色的花狀態(tài)。有時,馬氏體針葉的粗細(xì)難以區(qū)分。為得到正確的顯示結(jié)果,可用80℃以上的熱水沖洗。因為熱水的滲透及揮發(fā)作用要快一些,能迅速洗浄孔洞內(nèi)一切臟物,在吹干后進(jìn)行金相觀察時,整個基體金相組織清晰,馬氏體針葉層次清楚,球墨周圍無水漬,即使在球墨剝落的孔洞處,也很干凈平整。
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