金相分析之脱碳层深度

金相分析是通过观察材料微观结构、内部组织，进而通过组织结构或者缺陷来判新材料的性能。可以说金相是热处理的眼睛。

所以能够对金相有一定了解能够帮助我们更好的解决我们实际生产中的问题，让理论和时间更好地融合在一起，对于生产实践有着重要的指导作用。

1、脱碳层形成原因分析

脱碳现象是指钢材料在进行加热时表面的碳元素含量出现降低的现象，脱碳的实质就是钢材料中C元素在高温作用下与H元素或O元素发生反应生成CH4或CO。在脱碳过程中包括0元素向钢材料内部的扩散以及C元素向钢材料外面的扩散，因此只有在脱碳速率大干氧化速率时才能形成脱碳层。当钢材料的氧化速率较大时，会发生不明显的脱碳现象，脱碳层产生后将会被氧化形成氧化皮，但在氧化作用相对较弱的氛围中，能够形成较为明显的深层脱碳层。

脱碳是钢表层上碳的缺失，一般分为两种类型

①部分脱碳

②完全脱碳(钢样表层碳含量水平低于碳在铁素体中最大溶解度)

对于绝大多数钢材料而言，脱碳现象会导致钢材料的性能变差，故将脱碳层看作钢材料的一种缺陷，尤其是对于某些特种钢(如工具钢、轴承钢、高速钢等)而言，脱碳层更是严重地影响其性能。钢材料表层中的C元素被氧化后将会形成脱碳层，体现在化学成分上脱碳层的碳元素含量比正常组织较低，体现在金相组织上脱碳层中的渗碳体(FeC)的数量比正常组织中少，体现在力学性能上脱碳层的强度和硬度比正常组织低。

2、脱碳金相实例分析

碳素钢表面脱碳(100X)

60Si2MnA弹簧钢表面脱碳

20MnTiB调质钢表面脱碳2.2 脱碳层的测定

测定方法的选择及其准确度取决干产品的脱碳程度、显微组织、含碳量以及部件的形状。一般采用金相法、硬度法、化学或者光谱分析法测定碳含量的方法测定。具体详情大家可以参照:

GB T 224-2008 钢的脱碳层深度测定法 标准

下面我们就金相法进行分析。总脱碳层的测定--在中碳钢、低合金钢中是以铁素体与其他组织组成的相对量变化来区分的。借助干测微目镜或直接在显微镜毛玻璃屏上测量从表面到其组织和基体组织已无区别的那一点距离。对每一试样，在深的均匀脱碳区一个视场内，应随机进行几次测量(至少需5次)，以这些测量值的平均值作为总脱碳层深度;而对于工具钢、轴承钢、弹簧钢是测量深处的脱碳层作为总脱碳层深度的。

全脱碳层的测定—全脱碳层是指试样表面脱碳后得到的全铁素体组织，因此，测量时应从表面测至有渗碳体或有珠光体出现的那一点，或测量产生全铁素体组织的渗度为全脱碳层深度。

放大倍数的选择取决于脱碳层深度，如果需方没有特殊规定，通常采用的放大倍数为100倍。一般来说，具有近似平衡组织的钢种脱碳层取决于珠光体的减少量。3、脱碳层对工艺性能的影响

(1)钢材料的表面形成脱碳层以后，因钢材料的表面与内部组织的差异以及其线膨胀系数的不同，在淬火过程中不同组织间的转变和体积的变化会产生巨大的内应力，同时脱碳层的形成会导致钢表层的强度下降，在进一步的机械加工过程中可能使零部件的表面产生裂纹缺陷。

(2)对于需要进行淬火热处理的钢材料，表面形成脱碳层后使其含碳量下降，淬火后的马氏体不能够进行转变或者不能全部发生转变，导致钢材料的硬度和强度达不到要求，在使用过程中容易出现接触疲劳损坏现象。

(3)钢材料产生脱碳层以后导致其疲劳强度降低，加工生产的零部件在使用过程中会出现过早的疲劳损坏现象。

(4)零部件表层形成的脱碳层(黑皮部分)未被加工，会导致零部件的性能降低;如果脱碳层的深度小于加工余量，在进行机械加工时可以完全被切削掉，不影响零部件的性能;如果脱碳层的深度大干加工余量，在进行机械加工时不能完全被切削掉(部分脱碳层被保留下来)，使零部件的性能下降。由于锻造加工工艺不当，造成零件表面的脱碳层出现局部堆积现象，而且在进行加工过程中不能够将产生的脱碳层完全切削掉，保留下来的脱碳层会导致零件的性能不均，严重时可导致零件的报废。

4、 防止脱碳的措施

(1)零部件在进行加热过程中，尽量降低加热温度和减少在高温下的加热时间，确定合理的加热速率，缩短总的加热时间。

(2)设计具有特殊功用的加热炉，严格控制加热炉中的加热气氛，使炉中的气体呈中性，具有保护作用。

(3)在热加工过程中，若因某些特殊原因而停止，应当将加热炉温度降低等待恢复加工生产，如果停止时间过长，必须将待加热材料取出来或者随加热炉冷却。

(4)在冷变形加工过程中，应当尽量控制中间过程中的退火次数和降低退火温度，必要时可进行软化口火处理，以降低脱碳层的形成，退火和软化回火等热处理操作必须在保护介质中进行。

(5)进行高温加热时，可在钢材料的表面增加覆盖物或者进行涂层保护，用来防上钢材料的氧化和脱碳。

(6)钢材料进行加工时选择正确的操作(如加大零部件的机械加工余量)。