[发明专利]一种表征渗碳钢渗层碳浓度的方法

说明书

本发明属于渗碳钢技术领域，具体是一种表征渗碳钢渗层碳浓度的方法。本发明方法为：基于渗碳钢不同渗层深度的碳浓度与马氏体相变起始转变温度的对应关系，结合高温金相观察技术，将渗碳钢加热至淬火温度，随后快速冷却并实时观察不同渗层深度的马氏体转变现象，记录马氏体相变的起始转变温度及对应的渗层深度，结合所述不同渗层深度的碳浓度与马氏体相变起始转变温度的对应关系，得到不同渗层深度碳浓度梯度曲线，从而表征渗碳钢渗层的碳浓度。本发明方法可直接测得不同渗层深度的碳浓度，测量精度更高。

技术领域

本发明属于渗碳钢技术领域，特别涉及一种用于表征渗碳钢渗层碳浓度的方法。

背景技术

渗碳是一种金属表面改性技术，广泛应用于齿轮和轴承领域。通过渗碳可以有效地提高金属表层一定范围内的碳含量，经一定的后续热处理工艺，可以极大地改善金属表面的硬度和耐磨性能，同时保持心部优异的韧性，使其更适于轴承和齿轮的服役环境。

渗层的表面碳浓度，碳浓度梯度以及渗层深度是评定渗碳工件是否合格的重要指标，对渗碳工件的机械性能和微观组织有着重要影响。JB/T8881-2011《滚动轴承零件渗碳热处理技术条件》规定，经渗碳热处理后的成品零件淬硬层深度＜2.5mm时，零件表面的含碳量应为0.80％～1.05％；当淬硬层深度≥2.5mm时，零件表面含碳量不应低于0.80％。

目前，业内常用的表征渗碳钢渗层性质的方法有三种，化学法、有效硬化层深度法以及金相法。化学法，即剥层法，是目前测量渗碳钢渗层碳浓度的精确手段之一，但过程繁琐，耗费周期长，不利于试验研究与工业生产。有效硬化层深度法常作为判定工件是否合格的标准，根据国标GB/T9450-2005中规定，硬化层深度是从零件表面到维氏硬度为550HV1处的垂直距离，该种方法无法显示出一定层深的碳浓度，此外，对于有效层深以下的渗层，碳浓度的变化并不能被准确表征。专利(ZL 200610116085.5)提出的金相法，即根据金相图谱对比试样的金相组织判定渗碳钢渗层碳浓度，由于渗层组织经常出现边界模糊不清，以及各种组织交错分布的现象，使金相法的渗层碳浓度的表征具有极大的不准确性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明通过高温金相技术的实时观察结合商业软件Jmat-pro的热力学计算提出了一种新的表征渗碳钢渗层碳浓度的高效且准确的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种表征渗碳钢渗层碳浓度的方法，所述方法为：基于渗碳钢不同渗层深度的碳浓度与马氏体相变起始转变温度的对应关系，结合高温金相观察技术，将渗碳钢加热至淬火温度，随后快速冷却并实时观察不同渗层深度的马氏体转变现象，记录马氏体相变的起始转变温度及对应的渗层深度，结合所述不同渗层深度的碳浓度与马氏体相变起始转变温度的对应关系，得到不同渗层深度碳浓度梯度曲线。

上述所述的技术方案中，具体的，所述对应关系是通过商业软件Jmat-pro计算出渗碳钢马氏体相变温度的具体数据后利用Origin软件拟合得出。

上述所述的技术方案中，具体的，将渗碳钢加热至淬火温度后在高温阶段停留15-25s，随后快速冷却。

上述所述的技术方案中，具体的，采用高温金相设备实时观察马氏体转变时，在渗碳钢心部碳浓度对应的温度附近降低渗碳钢冷却速率。

上述所述的技术方案中，所述方法具体为：

(1)根据渗碳钢的具体成分和奥氏体晶粒长大行为研究分析，设置渗碳钢的淬火温度；

(2)建立碳浓度与马氏体相变温度的对应关系：通过Jmat-pro软件计算渗碳钢马氏体相变温度的具体数据后，利用Origin软件拟合得出马氏体相变起始转变温度M_s和马氏体相变终止转变温度M_f随合金中碳浓度的变化关系曲线；