测定低合金钢渗碳轴承表面碳浓度的金相图谱的制备方法

摘要

本发明涉及低合金钢渗碳轴承碳浓度的测定方法，尤其涉及一种测定轴承渗碳层表面碳浓度的金相图谱的制备方法。一种测定低合金钢渗碳轴承表面碳浓度的金相图谱的制备方法，该制备方法按照下列步骤实施：1.预处理：取一只已渗碳的轴承外圈进行高温回火热处理，使其表面硬度为HRC22－26；2.剥层取样：按照每次0.1mm深度将试样用车床剥层车削，对每一层车削下来的铁削依次编号；3.用化学方法测定每层车削下来碳浓度；并绘制碳浓度梯度曲线；4.在绘制的碳浓度梯度曲线上，在碳浓度0.01％C－0.5％C范围内取若干点，求出各点对应的取样层距离；5.根据求得的取样层距离在显微镜下拍摄相应每层的金相照片。通过本发明的方法制备的金相图谱，可以快速地测定轴承渗碳层表面碳浓度。

说明书

技术领域

本发明涉及低合金钢渗碳轴承碳浓度的测定方法，尤其涉及一种测定轴承渗碳层表面碳浓度的金相图谱的制备方法。

背景技术

轧机轴承、矿山轴承、重型车辆轴承、汽车轴承以及火车轴承等工作时，不仅承受高的负荷，而且承受强烈的冲击和磨损，这类轴承零件如仍然用高碳铬轴承钢制造，热处理后虽然硬度高，耐磨性和耐疲劳强度很高，但脆性大，冲击性能差，不适用实际工况条件，如采用低合金钢，经过渗碳处理后，则零件表面层具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部为低碳马氏体，具有高的韧性和足够的强度。

渗碳层的组织与机械性能取决于渗碳层中碳浓度、碳梯度和渗碳深度。渗碳层中的碳浓度必须适宜，过高的表面碳浓度不仅会形成粗大块状或网状碳化物，使脆性增大，工作时严重剥落，显著地降低疲劳寿命，而且能使渗碳层淬火后出现大量的残余奥氏体，降低硬度及零件的尺寸稳定性。过低的表面碳浓度会使淬火后表面应当不足，耐磨性和耐疲劳性降低，零件工作时很快产生塑性变形而磨损，致使早期失效。因此，对于轴承零件渗碳表层的高低对渗碳层的强韧性，表面耐磨性和接触疲劳寿命等影响极大，直接影响轴承的性能和使用寿命，因此表面碳深度必须严格地加以控制。

JB/T8881-2001《滚动轴承零件渗碳热处理技术条件》规定，渗碳轴承成品零件的表面碳浓度为0.80-1.05％C。目前，为了测定碳浓度，只有一种方法，在业内被称为“剥层法”，这种方法是把轴承剥层车削，车削下来的铁削在高温炉内加热加氧燃烧，使得被烧的试样中的碳全部转化为二氧化碳(其中含有含硫化合物，需要脱硫)，将所得到二氧化碳通入氢氧化钾溶液，二氧化碳被吸收，分别测定氢氧化钾溶液在吸收二氧化碳前后的体积，其差值就是二氧化碳的体积，由此计算碳浓度。

从以上分析过程来看，用剥层法测定渗碳层表面碳浓度，总的试验要经过很多环节，分析一只样品周期很长，至少要用二个星期的时间，而实际生产过程中每天至少要抽取三只试样，因此跟不上生产节拍，满足不了生产要求，会形成产品先出厂、分析结果后出的情况。这对产品质量的控制及生产管理造成很大的麻烦，形成待检产品的严重堆积，生产量上不去，满足不了用户要求。从检测手段来说，十分复杂和困难，且涉及的检测设备众多，检测成本高；对厂家而言，会失去很多市场，经济上造成极大的损失。

发明内容

本发明为了快速测定碳浓度，以解决上述问题，提供了一种测定低合金钢渗碳轴承表面碳浓度的金相图谱的制备方法。通过本发明的方法制备的金相图谱，可以快速地测定轴承渗碳层表面碳浓度，彻底改变现在的状况。

本发明是这样实现的：一种测定低合金钢渗碳轴承表面碳浓度的金相图谱的制备方法，按照下列步骤实施：

一，预处理：取一只已渗碳的轴承外圈进行高温回火热处理，使其表面硬度为HRC22-26；

二，剥层取样：将上述经渗碳热处理的轴承外圈按照每次切削0.1mm，对每一层车削下来的铁削依次编号；

三，用化学方法测定每层车削下来碳含量；并绘制碳浓度梯度曲线；

四，在绘制的碳浓度梯度曲线上，在碳浓度0.01％C-0.5％C范围内取若干点，求出各个碳浓度点对应的取样层距离；

五，根据求得的取样层距离在显微镜下拍摄相应每层的金相照片。

所述的预处理工艺为将经在925-935℃渗碳试样依次在880℃淬火、195-205℃回火、800-825℃二次淬火后在650-660℃回火。

所述预处理的渗碳时间为46-50小时，整个热处理时间为56-60小时，渗碳热处理完毕冷却后需要清洗被试轴承外圈。

所述每层车削下铁削7-9克，车床转速不大于100rpm。

所述拍照取样点的取样距离对应的碳浓度分别为0.05％C，0.61％C、0.71％C、0.80％C、0.85％C、0.91％C、0.95％C、1.0％C、1.05％C。

根据求得的取样层距离在显微镜下拍摄相应每层的金相照片时，显微镜放大倍数为500倍。

所述测定碳浓度的化学万法为把车削下来的铁削在高温炉内加热加氧燃烧，使得被烧的试样中的碳全部转化为二氧化碳为主的混合气体，将所得到的气体脱硫后通入氢氧化钾溶液，二氧化碳被吸收，分别测定氢氧化钾溶液在吸收二氧化碳前后的体积，其差值就是二氧化碳的体积，由此计算碳浓度。

本发明根据金属学原理，在淬回火状态下，各种碳浓度一一对应各种组织形貌，结合剥层法原理，测定从表面至心部各点的碳含量，对对应点拍摄金相图谱，作为碳含量对照标准在现场检测中通过对照立即知晓被测样品的表面碳浓度，原来检定样品碳含量至少二个星期，现在立即测定，与生产步伐同步进行。实践应用中的优势与展望

利用本发明制备得到的《渗碳零件表面碳浓度金相图谱》使企业的轴承产品质量有了一个重要的控制检测手段和方法。它的优势在于：适用性强、易掌握、易操作、精确率高。

具体实施方式

下面，给出本发明的最佳实施方式：

一种测定低合金钢渗碳轴承表面碳浓度的金相图谱的制备方法，按照下列步骤实施：

一，预处理：取一只已渗碳的轴承外圈进行高温回火热处理，使其表面硬度为HRC22-26；所述的预处理工艺为将在925-935℃渗碳的试样依次经880℃淬火、195-205℃回火、800-825℃二次淬火后，在650-660℃回火。

依照轴承外圈的生产工艺，所述预处理的渗碳时间(不包括第二次回火)为46-50小时，生产中采用48小时，整个热处理时间为56-60小时，生产中采用58小时，渗碳热处理完毕冷却后需要清洗被试轴承外圈。

二，剥层取样：将上述经渗碳热处理的轴承外圈按照每次切削0.1mm深度将试样用车床逐次剥层车削，每层车削下铁削7-9克，车床转速不大于100rpm，否则温度过高，碳容易被氧化流失，影响测试数据的准确性；对每一层车削下来的铁削依次编号。

三，用化学方法测定每层车削下来碳浓度：把车削下来的铁削在高温炉内加热加氧燃烧，使得被烧的试样中的碳全部转化为二氧化碳为主的混合气体，将所得到的气体脱硫后通入氢氧化钾溶液，二氧化碳被吸收，分别测定氢氧化钾溶液在吸收二氧化碳前后的体积，其差值就是二氧化碳的体积，由此计算碳浓度；绘制碳浓度梯度曲线；

四，在绘制的碳浓度梯度曲线上，在碳浓度0.01％C-0.5％C范围内取若干点，求出各个碳浓度点对应的取样层距离；在某些需要的地方，可以根据碳浓度梯度曲线求取任意碳浓度的点。

五，根据求得的取样层距离在显微镜下拍摄相应每层的金相照片，即可得到所需要的碳浓度金相图谱。

根据求得的取样层距离在显微镜下拍摄相应每层的金相照片时，显微镜放大倍数为500倍。

此后，只要在显微镜放大500倍的条件下，对完成渗碳的轴承外圈进行金相组织形态的观察或者拍照，对照预制的碳浓度金相图谱，即能快速测定碳浓度。

下面是传统的剥层法与利用本发明的图谱测定碳浓度的对照表：

    测试时间    适用状态    适用生产节奏    剥层试验法    二星期    生产后检验    跟不上    金相图谱法    20秒    现场检验    同步

需要指出的是，虽然通过本申请中的方法得到的金相图谱是应用于渗碳轴承的，但是本图谱也可以在其它需要快速测定渗碳低合金碳浓度场合下使用。