金屬零件的內(nèi)在質(zhì)量主要取決于材料和熱處理。因熱處理為特種工藝所賦予產(chǎn)品的質(zhì)量特性往往又是不直觀的內(nèi)在質(zhì)量，屬于“內(nèi)科”范疇，往往需要通過特殊的儀器（如：各種硬度計、金相顯微鏡、各種力學性能機）進行檢測。
在GB/T19000－ISO9000系列標準中，要求對機械產(chǎn)品零部件在整個熱處理過程中一切影響因素實施全面控制，反映原材料及熱處理過程控制，質(zhì)量檢驗及熱處理作業(yè)條件（包括生產(chǎn)與檢驗設備、技術(shù)、管理、操作人員素質(zhì)及管理水平）等各方面均要求控制，才能確保熱處理質(zhì)量。為此，為了提高我公司熱處理產(chǎn)品質(zhì)量，遵循熱處理相關(guān)標準，按零件圖紙要求嚴格執(zhí)行，特制定本規(guī)范
一、使用范圍：
本規(guī)范適用于零件加工部所有熱處理加工零件。
二、硬度檢驗：
通常是根據(jù)金屬零件工作時所承受的載荷，計算出金屬零件上的應力分布，考慮安全系數(shù)，提出對材料的強度要求，以強度要求，以強度與硬度的對應關(guān)系，確定零件熱處理后應具有大硬度值。為此，硬度是金屬零件熱處理最重要的質(zhì)量檢驗指標，不少零件還是唯一的技術(shù)要求。
1、常用硬度檢驗方法的標準如下：
GB230 金屬洛氏硬度試驗方法
GB231 金屬布氏硬度試驗方法
GB1818 金屬表面洛氏硬度試驗方法
GB4340 金屬維氏硬度試驗方法
GB4342 金屬顯微維氏硬度試驗方法
GB5030 金屬小負荷維氏試驗方法
2、待檢件選取與檢驗原則如下：
為保證零件熱處理后達到其圖紙技術(shù)（或工藝）要求，待檢件選取應有代表性，通常從熱處理后的零件中選取，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，對每一個待檢件的正時試驗點數(shù)一般應不少于3個點。通常連續(xù)式加熱爐（如網(wǎng)帶爐）:應在連續(xù)生產(chǎn)的網(wǎng)帶淬火入回火爐前、回火后入料框前的網(wǎng)帶上抽檢3－5件/時。且及時作檢驗記錄。同時，若發(fā)現(xiàn)硬度超差，應及時作檢驗記錄。同時，若發(fā)現(xiàn)硬度超差，應及時進行工藝參數(shù)調(diào)整，且將前1小時段的零件進行隔離處理(如返工、檢)。通常周期式加熱爐（如井式爐、箱式爐）：應在淬火后、回火后均從料框的上、中、下部位抽檢6－9件/爐，且及時作檢驗記錄。同時，若發(fā)現(xiàn)硬度超差，應及時進行工藝參數(shù)調(diào)整，且將該爐次的零件進行隔離處理（如返工、逐檢）。通常感應淬火工藝及感應器與零件間隙精度調(diào)整，經(jīng)首件（或批）感應淬火合格后方可生產(chǎn)，且及時作檢驗記錄。
3、硬度測量方法：
3.1各種硬度測量的試驗條件，見下表1：
試驗類別 | 硬度范圍 | 壓頭要求 mm | 預載荷/N | 總載荷/N | 保荷時間/S |
布氏硬度 P：總載荷/N D：鋼球壓頭直徑/mm | 140－450HB (要求P＝30D2) | ∮10mm鋼球 | 無 | 29421 | 10－15 |
∮5mm鋼球 | 7355 | ||||
∮2.5mm鋼球 | 1839 | ||||
4－140HB (要求P＝10D2) | ∮10mm鋼球 | 9807 | |||
∮5mm鋼球 | 2452 | ||||
∮2.5mm鋼球 | 613 | ||||
洛氏硬度 | 70－85HBA | 120°金剛石圓錐體 | 98 | 588 | 10 |
30－100HRB | ∮1.588mm鋼球 | 980 | |||
20－67HBC | 120°金剛石圓錐體 | 1471 | |||
表面洛氏硬度 | 70-94HR15N | 120°金剛石圓錐體 | 29.4 | 147.1 | 10 |
42-86HR30N | 294.2 | ||||
20-78HR45N | 441.3 | ||||
常規(guī)維氏硬度 P：總載荷 | 14-1000HV | 136°金剛石四方角錐體 | 無 | P分為：5、10、20、30、50、100/kg | 10 |
小負荷維氏硬度P：總載荷 | P：總載荷分為：0.2、0.3、0.5、1、2、2.5、3 /kg | ||||
顯微維氏硬度 P：總載荷 | P：總載荷分為：0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1/kg |
3.2測量硬化層深度不同的零件表面硬度時，硬度試驗方法與試驗力的一般選擇，見表2：
有效硬化層深度 | 表面硬度測量方法 | |
采用標準 | 實驗力，N | |
≤0.1 | GB4342、GB5030 | ≤9.807 |
>0.1-0.2 | GB4340、GB5030 | 9.807-49.03 |
>0.2-0.4 | GB4340 | >49.03-98.07 |
GB1818(15N或30N標尺) | 147.1或294.2 | |
>0.4－0.6 | GB4340 | >98.07－294.2 |
GB230(A標尺) | 588.4 | |
>0.6－0.8 | GB230(A或C標尺) | 588.4或1471.0 |
>0.8 | GB230（C標尺） | 1471.0 |
備注1、零件圖紙硬度標注與實際硬度試驗方法相對應2、硬度測量時，若載圓柱面或球面上測量應按各自標準的規(guī)定進行硬度值修約。 | ||
3.3經(jīng)不同熱處理工藝處理后的表面硬度測量方法及其選擇，見小表3：
熱處理類別 | 表面硬度測量方法 | 選用原則 |
鑄件與鍛件 | GB231 | 一般按GB231測量 |
正火與退火 | GBG230,GB231,GB4340 | |
淬火回火件 | GBG230,GB231,GB4340,GB4341,GB/T13321 | 一般按GB230(C標尺)測量,調(diào)質(zhì)件可采用GB231小件,薄件按GB4340,GB4341測量 |
感應淬火件 | GBG230,GB1818,GB4340,GB4341,GB/T13321,GB5350 | 一般按GB230(C標尺)測量,硬化層較淺時可采用GB1818,GB4340,GB5350 |
滲碳與碳氮共滲件 | ||
滲氮件 | GB1818,GB4340,GB4341, GB4342,GB/T13321,GB5350 | 一般按GB4340或GB5350測量, 滲氮層大于0.3mm時可用GB1818，化合物層硬度按GB4342 |
氮碳共滲（軟氮化） | GB1818,GB4340, GB4342, GB5350 | 一般按GB4342或GB5350測量 |
備注：
（1）零件心部或基體硬度，一般按GB230.GB231或GB4340的試驗方法測量。
（2）若確定的硬度試驗方法有幾種試驗力可供選擇時，應選用試驗條件允許的最大試驗力。
4、檢驗設備與人員：
4.1所有硬度計及標準硬度試塊均應在計量部門檢定的有效期內(nèi)使用，不允許在無檢定合格證書或超過檢定的有效期使用。
4.2應設立專職檢驗人員，且經(jīng)正規(guī)培訓與考核，具有正式的資格證書；生產(chǎn)線的操作人員檢驗，應經(jīng)一定培訓，在專職檢驗人員的認可或指導下進行。
5、測量數(shù)據(jù)的表示與記錄：
5.1硬度值的表示應按相應國家標準硬度試（檢）驗方法的規(guī)定，一般以硬度范圍法表示，標出上、下限值，如60－65HRC；特殊情況液可以只標下限值或上限值，應用不小于或不大于表示，如不大于229HBS；若記錄換算硬度值時，應在換算值后面加括號注明實測值【如：48.5HRC（75.0HRA）】；若記錄硬度平均值時，應在硬度值平均值后米那加括號注明計算平均值所用的各測點硬度值【如：64.0HRC（63.5HRC、64.0HRC、64.5HRC）】
5.2檢驗報告記錄，包括零件名稱、材料、檢驗數(shù)量、檢驗結(jié)果及檢驗人員與日期。
三、金相試驗
金相分析時用金相顯微鏡觀察金屬內(nèi)部的組成相及組織組成物的類型以及它們的相對量、大小、形態(tài)及分布等特征。材料的性能取決于內(nèi)部的組織形態(tài)，而組織又取決于化學成分及加工工藝，熱處理時改變組織的主要工藝手段，因此，金相分析是材料及熱處理質(zhì)量檢驗與控制的重要方法。
1、通常金相檢驗方法的標準如下：
GB/T11354－1989 鋼鐵零件 滲氮層深度測測定和金相組織檢驗
GB/T9450－1988 鋼鐵滲碳淬火有效硬化層深度的測定與校核
GB/T9451－1988 鋼件薄表面總硬化層深度或有效硬化層深度的測定GB/T5617－1985 鋼的感應淬火或火焰火后有效硬化層深度的參定JB/T9204－1999 鋼件感應淬火金相檢驗
JB/T9211－1999 中碳鋼與中碳合金結(jié)合鋼馬氏體等級
JB/T7710－1995 薄層碳氮共滲或薄層滲碳顯微組織檢驗
GB/T13298－1991 金相顯微組織檢驗方法
GB/T13299－1991 鋼的顯微組織評定方法
GB6394－86 金屬平均晶粒度測定法
NJ309－83 內(nèi)燃機連桿螺栓金相檢驗標準
NJ326－84 內(nèi)燃機活塞銷 金相檢驗標準
2、金相試樣的選取與檢驗步驟：
2.1金相試樣的選?。?/span>
2.1.1縱向取樣：縱向取樣是指沿著鋼材的鍛扎方向進行取樣。
主要檢驗內(nèi)容為：非金屬夾雜物的變形程度、晶?；兂潭?、碳化物網(wǎng)、變形后的各種組織形貌、熱處理的全面情況等。
2.1.2橫向取樣橫向取樣指垂直于鋼材的鍛扎方向進行取樣。
主要檢驗內(nèi)容為：金屬材料從表層到中心的組織、顯微組織狀態(tài)、晶粒度級別、碳化物網(wǎng)、表面缺陷深度、氧化層深度、腐蝕層深度、表面化學熱處理及鍍層厚度等。
2.1.3缺陷或失效分析取樣：截取缺陷分析的試樣，應包括零件的缺陷部分在內(nèi)；或在缺陷部分附近的正常部位取樣進行比較。為此，通常檢驗零件的最重要項目為表層顯微組織觀察和硬化層深度測定，應橫向取樣；但緊固體的螺紋部分的滲層檢驗需要縱向取樣。
2.2金相檢驗步驟：
選樣——金相切割機（或線切割機）取樣—鑲嵌機加熱鑲嵌－磨拋機磨光/拋光－化學腐蝕（通常用4％硝酸酒精溶液）－金相觀察/硬化層深度（或顯微硬度）測定－出具檢驗報告
2.3取樣數(shù)量：
通常連續(xù)式加熱爐（如網(wǎng)帶爐）：1件/4小時
通常周期式加熱爐（如井式爐、箱式爐）：2－3件/爐（裝爐夾具不同部位）
備注：
（1）金相試樣以磨面面積小于400MM2，高度15－20MM為宜。
（2）試樣的制備過程中不允許因受熱而導致組織變化，應避免試樣邊緣出現(xiàn)圓角并防止改變斜截面試樣的角度。
3、金相組織觀察于判別：
3.1滲碳或碳氮共滲：
3.1.1適用于08F、Q235AF、20、20Cr等低碳或低合金鋼的零件。
3.1.2試樣應從滲碳或碳氮共滲零件上切取。也可用于鋼件的材質(zhì)，熱處理狀態(tài)，有效厚度一致，避過經(jīng)同爐滲碳或碳氮共滲處理的試樣。
3.1.3薄層碳氮共滲件（層深≤0.3mm），表層碳含量應不低于0.5％，氮含量應不低于0.1％。薄層滲碳鋼件（層深≤0.3mm）表層碳含量應不低于0.5％
3.1.4滲層顯微組織評級在淬火狀態(tài)下進行（放大倍率為400倍）。
3.1.5針狀馬氏體級別及殘余奧氏體級別評定：
當滲層顯微組織主要為針狀馬氏體時，依據(jù)JB/T7710-1995標準圖譜共分1－5級，其中1－2級合格。
3.1.6板條馬氏體級別評定：當滲層顯微組織主要為板條馬氏體時，
依據(jù)JB/T7710-1995標準圖譜共分1－5級，其中1－2級合格。
3.1.7滲層（層深≤0.3mm）碳化物級別評定：依據(jù)NJ326－84標準圖譜共分1－5級，其中1－3級合格。
3.1.8心部鐵素體級別評定：依據(jù)JB/T7710-1995標準圖譜共分1－5級，其中一般零件1－4級合格，重要零件1－3級合格。
3.2滲氮或碳氮共滲（軟氮化）：
3.2.1滲氮前調(diào)質(zhì)組織的檢驗：
3.2.1.1滲氮前調(diào)質(zhì)組織級別（對大工件可在表面2mm深度范圍內(nèi)檢查），依據(jù)GB/T11354－1989標準圖譜（放大倍率為500倍），回火索氏體中游離體素體數(shù)量共分1－5級，其中一般零件1－3級為合格，重要零件1－2級為合格。
3.2.1.2滲氮零件的工作面部允許由脫碳層或粗大的回火索氏體組織。
3.2.2試樣應從滲碳零件上垂直于滲氮表面切取，也可用與零件的材料、處理條件、加工精度相同，并經(jīng)同爐滲氮處理的試樣；檢驗部位應具有代表性，若檢查滲氮層脆性的試樣，表面粗糙度要求>0.25－0.63mm，但不允許把化合物磨掉。3.2.2滲氮層脆性檢驗：經(jīng)氣體滲氮的零件，必須進行脆性的檢驗。
3.2.2.1依據(jù)GB/T11354－1989標準圖譜（放大倍率為100倍），滲氮層脆性級別按維氏硬度壓痕邊角碎裂程度共分1-5級，其中一般零件1-3級為合格，重要零件1-2級為合格。
3.2.2.2檢驗滲氮層脆性，采用維氏硬度計，試驗力規(guī)定用98.07N（10kgf），加載必須緩慢（在5－9s內(nèi)完成），加載后停留5－10s，然后去載荷，同時，每制件至少測3點，其中2點以上處于相同級別時，才能定級，否則，需重新測定一次。如由特殊情況經(jīng)有關(guān)各方協(xié)商，亦可采用49.03N（5kgf）或294.21N（30kgf）的試驗力，但需按下表4的值換算。
試驗力（kgf） | 壓痕級別換算 | ||||
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滲氮層脆性應在零件工作部位或隨爐試件的表面檢驗，對于滲氮后留有磨量的零件也可在磨去加工余量后表面上測定。
3.2.3滲氮層疏松檢驗：經(jīng)氮碳共滲（軟氮化）的零件，必須進行疏松檢驗。依據(jù)GB/T11354－1989標準圖譜（放大倍率為500倍）取其疏松最嚴重的部位，滲氮層疏松級別按表面化合物內(nèi)微孔的形狀、數(shù)量、密集程度共分1－5級，其中一般零件1－3級為合格，重要零件1－2級為合格。
3.2.4滲氮擴散層中氮化物檢驗：氣體滲氮的零件必須進行氮化物檢驗。依據(jù)GB/T11354－1989標準圖譜（放大倍率為500倍），去其組織中最差的部位，滲氮層中氮化物級別按情況共分1－5級，其中一般零件1－3級合格，重要零件1－2級為合格。
3.3感應淬火：
3.3.1適用于中碳碳素鋼（如45鋼）和中碳合金鋼（如40Cr）的機械零件。3.3.2零件淬火后，表面不應有裂紋，灼傷等缺陷。 3.3.3零件經(jīng)淬火，低溫回火(≤200℃)，金相組織按GB/T5617－1985標準共分1－10級，規(guī)定如下：硬度下限≥55HRC時，3－7級為合格。硬度下限<55HRC時，3－9級為合格。
4、硬化層深度的測定方法：
硬化層深度的測定方法分為金相法和硬度法兩種，有爭議時，以硬度法作為仲裁方法。
測定表面淬火【如感應淬火】、化學熱處理【如滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲（軟氮化）】及其他各種表面強化層深度時金相檢驗的重要內(nèi)容。根據(jù)硬化層深可以分為大于0.3mm的兩種情況。
4.1金相法：
4.1.1層深>0.3mm的表面硬化層測定方法：從零件表面垂直方向測量到規(guī)定的某種顯微組織邊界的距離。測定層深時，各種強化工藝所規(guī)定的特征組織，見下表5：
強化工藝 | 材料 | 特征組織（體積分數(shù)） |
感應淬火 | 碳鋼、合金鋼 | 淬火后檢驗，50％M |
滲碳、碳氮共滲 | 碳鋼、合金鋼 | 退火太檢驗，50％F+P |
滲氮、氮碳共滲 | 各種鋼鐵材料 | 滲氮后或經(jīng)附加熱處理，心部組織 |
4.1.2層深≤0.3mm的表面硬化層測定方法：從表面垂直方向測量到與基體金屬間的顯微組織沒有明顯變化處的距離，即總硬化層深度。
4.2硬度法：
4.2.1從零件表面垂直方向測量到規(guī)定的顯微硬度硬化層處的距離。測定層深時，各種強化工藝下有效硬化層評定的參數(shù)，見下表6：
強化工藝 | 有效硬化層 | 界限硬度（HV） | 推薦試驗力/N | 國家標準 |
感應淬火 | DS | 0.8HVMS1 | 9.8(4.9-49)2 | GB5617-1985 |
滲C,CN共滲 | DC | 550 | 9.8(4.9-49) | GB9450-1988 |
滲N,NC共滲（軟氮化） | DN | 比基體硬度高50 | 2.94(1.96-19.6) | GB11354-1989 |
說明 | 1HVMS為技術(shù)要求規(guī)定的最低表面硬度 | |||
2 ( )內(nèi)的數(shù)值為允許試驗力范圍 | ||||
4.2.2滲碳和碳氮共滲有效硬化層（DC）：
4.2.2.1滲碳和碳氮共滲共滲有效硬化層（DC），經(jīng)熱處理至最終硬度值后，離表面三倍于有效硬化層處硬度小于450HV的零件，可采用比550HV大的界限硬度值（以25HV為一級）來測定有效硬化層深度。
圖片：
4.2.2.2滲碳或碳氮共滲淬火后，有效硬化層深度：從零件表面到維氏硬度值為550HV處的垂直距離。測定硬度所采用的試驗力為9.807N（1kgf）；特殊情況下，經(jīng)有關(guān)各方協(xié)議，也可采用4.903N（0.5kgf）范圍的試驗力，或采用表面洛氏硬度計測定。
4.2.2.3若采用其他試驗力或其他界限硬度值時，則應在字母DC后指明，如0.5DC49.03/515，表示采用49.03N（5kgf）的試驗力測定，界限硬度值為515HV，滲碳層深度為0.5mm。
4.2.3滲氮和氮碳共滲（軟氮化）有效硬化層（DN）：
4.2.3.1從零件表面測至基體維氏硬度值高50HV處的垂直距離為滲氮層深度，對于滲氮層硬度變化很平緩的鋼件（如碳鋼或低碳低合金鋼制件），其滲氮層深度可以從試件表面沿垂直方向測至基體維氏硬度值高30HV處。采用為適應度，試驗力規(guī)定為3.94N（0.3kgf）。備注：在3倍左右滲氮層深度的距離處所測得的硬度值（至少取3點平均）作為實測的基體硬度值。
4.2.3.2當滲氮層的深度與壓痕尺寸不合適時，可由有關(guān)各方協(xié)商，采用1.96N（0.2kgf）－19.6N（2kgf）范圍內(nèi)的試驗力，氮在HV后需注明：如HV0.2，表示用1.96N（0.2kgf）試驗力。
4.2.3.3若采用其他試驗力或其他界限硬度值時，則應在字母DN后指明，如0.25DN300HV0.5,表示界限硬度值為300HV,試驗力為4.903N（0.5kgf）時，滲氮層深度為0.25mm。4.2.4感應淬火有效硬化層（DS）：
4.2.4.1從零件表面測至0.8HVMS維氏硬度值處的垂直距離為感應淬火硬化層深度。
4.2.4.2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年橫截面指定部位進行測量。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GB/T5617執(zhí)行。
4.2.4.3若采用其他試驗力或其他界限硬度值時，則應在字母DS后指明，如DS4.9/0.9=0.6，表示采用4.9N（0.5kgf）的試驗力測定，界限硬度值采用零件所要求的最低表面硬度值0.9倍，測的硬化層深度為0.6mm。
4.2.5有效硬化層測定方法：
4.2.5.1原理：根據(jù)垂直于試樣表面的橫截面上硬度梯度來確定，即硬度值為縱坐標，至表面距離為橫坐標，繪制處硬度值隨表面距離而變化的曲線，如圖所示：
H1 |
H2 |
HS |
d1 DC d2 到表面的距離 |
有效硬化層計算公式如下:式中：HS為規(guī)定的硬度值。
d1、d2為最接近有效硬化層界限硬度值上下兩點的距離。
H1、H2分別為d1、d2處硬度測量值。
4.2.5.2測量步驟：
在最終熱處理后的零件橫截面上進行，依據(jù)GB/T9451－1988標準要求，硬度壓痕在指定的寬度（W）為1.5mm的范圍內(nèi)，沿與表面垂直的一條或多條平行線上進行。兩相鄰壓痕間的距離（S）應不小于壓痕對角線的2.5倍。
從表面到各逐次壓痕中心之間的距離，每次增加不超過0.1mm（如d2-d1應小于0.1mm）。同時，測量表面到各壓痕的積累距離的精度為±0.5um。除有關(guān)雙方有特殊協(xié)議外，壓痕一般應在9.807N（1kgf）試驗力下測出，并用放大400倍左右的光學儀器測量。測量部位應經(jīng)有關(guān)各方協(xié)商確定，并在磨拋過的檢測面上兩條帶內(nèi)進行。
4.2 調(diào)質(zhì)：適用于40Cr、35CrMoA等鋼，依據(jù)NJ309-83標準圖譜（放大倍率為500倍），以最差視場評定，調(diào)質(zhì)處理后基體組織應為回火索氏體，允許有少量鐵素體（其含量應不大于3％），共分1－5級，其中1－3級合格。
4.3 正火：中碳鋼、中碳合金鋼（如40Cr）的正火后的金相組織為均勻分布的鐵素體＋片狀珠光體，根據(jù)GB/T6394－86標準圖譜（放大倍率100倍），其晶粒度級別共分1－10級，其中5－8級合格。
5、檢驗人員：應設立專職檢驗人員，且經(jīng)正規(guī)培訓與考核，具有正式的資格證書。
6、檢驗記錄：檢驗報告記錄，包括零件名稱、件號、材料、檢驗數(shù)量、檢驗結(jié)果及檢驗人員與日期。
end
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