專利名稱：用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼的殘余奧氏體量及回火不足的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼的熱處理質量檢測，尤其涉及一種用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼的殘余奧氏體量及回火不足的方法。
背景技術：
以往在對Cr12MoV回火不足的檢驗都要通過做金相組織分析才能確定。在大量的模具熱處理生產檢驗中，驗收模具熱處理后的質量指標為硬度、外觀、變形、回火后金相組織。前三項都比較直觀，容易檢驗。對于金相組織的檢驗，需要從模具鑲塊上取樣，取樣時會對工件產生加工應力，影響模具使用性能。生產中不可能做到對每一工件做金相組織檢驗。因金相檢驗手段比較麻煩，需要從工件上取樣、制樣、腐蝕、分析花費很多時間和精力。所以對回火是否充分，檢驗中只能靠工藝來保證，在工藝或操作者執(zhí)行不合理的情況下，回火不足會漏檢。而判定工件熱處理合格主要取決于組織和硬度兩個指標。洛氏硬度計只能測量硬度指標，有時即使不回火或回火不充分工件在洛氏硬度計上檢測硬度也是合格的。對回火不足會漏檢。Cr12MoV的回火不足會在工件金相組織基體上有部分區(qū)域出現(xiàn)白色，或有奧氏體晶界未完全消失，這是馬氏體溶解不充分，且有部分殘余奧氏體沒有轉變的結果。在熱處理生產檢驗中不允許金相組織中保留有明顯奧氏體晶界，對于殘余奧氏體量應控制在越少越好?；鼗鸩怀浞治：κ呛艽蟮摹Ｋ鼤斐晒ぜ谀ハ?、線切割時開裂；在使用過程中崩裂。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術存在的不足，提出一種快捷、方便的用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼的殘余奧氏體量及回火不足的方法，使其能對生產過程中的每一個工件進行現(xiàn)場檢測，且準確率高，無污染。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼的殘余奧氏體量的方法，該方法采用洛氏硬度計和里氏硬度計檢測熱處理工藝回火后工件的洛氏硬度值和里氏硬度值，兩種硬度計硬度結果差異越大，工件內殘余奧氏體的量越多；兩種硬度計硬度結果越接近，工件內殘余奧氏體的量越少。
利用該方法判定工件回火不足標準為若洛氏硬度值和里氏硬度值差異大于等于3HRC時，判定工件回火不足；若洛氏硬度值和里氏硬度值差異小于3HRC時，判定工件回火組織合格。
判定上述工件回火不足的最準確標準為若檢測的洛氏硬度值和里氏硬度值差異大于等于5HRC時，判定工件回火不足。
上述方法特別適合于淬火回火狀態(tài)的高合金鋼回火狀態(tài)的判定。
上述方法最適合于淬火回火狀態(tài)的Cr12MoV鋼。
本發(fā)明所述的方法是依據被檢測工件內殘余奧氏體量轉變來檢測工件回火不足現(xiàn)象。用洛氏硬度計和里氏硬度計檢測結果差異是因為殘余奧氏體量多引起的，并非偶然現(xiàn)象，以下分別從三個方面來進一步證明。
1、針對生產中入爐前的模具鑲塊測量長度方向尺寸，淬火后每次回火后測量鑲塊長度方向尺寸，并用洛氏硬度計和里氏硬度計測量鑲塊硬度值，其結果如下熱處理生產抽檢情況零件號2020、2016、2023和2011，見圖1至圖4。
數(shù)量29件 材料Cr12MoV表1回火后尺寸變化表

表2回火后洛氏、里氏硬度值變化表(HRC、HRCLD)


以上結果顯示鑲塊采用二次硬化溫度淬火后，鑲塊組織中有大量的殘余奧氏體，從理論講，微觀上每次回火伴隨著殘余奧氏體的轉變，同時殘余奧氏體的量在不斷減少，這是需要用金相檢測才能觀察到的。另外，鋼中各種組織都有不同的比體積，奧氏體的比體積最小，在回火過程中，如果有大量殘余奧氏體，這也是造成高合金鋼Cr12MoV模具淬火回火后體積發(fā)生縮小的主要原因。鋼的各種組織的比體積按這種順序遞減馬氏體-回火索氏體-珠光體-奧氏體。淬火前模具鑲塊組織為調質狀態(tài)，組織為回火索氏體，按這個遞減順序，殘余奧氏體的量多的情況下模具的長度方向也會縮小，所以通過回火，從宏觀上講，殘余奧氏體的轉變會引起體積的膨脹，那么在模具鑲塊長度方向尺寸會漲大。以上結果顯示也證明了這一點。同時也顯示了兩種硬度計的差異的變化。在這種情況下也做了大量的測量比較，基本上是這種規(guī)律。
2、在生產中做隨爐試樣分析，試樣尺寸和模具鑲塊工件保持一致。試樣在1070℃淬火后不回火，目的是試樣保存大量的殘余奧氏體狀態(tài)，在這種狀態(tài)下測量試樣兩種硬度計硬度結果，在淬火試樣中間取樣并將其分成四份，先做一件淬火狀態(tài)金相組織分析，其余三件樣品隨同大試樣1進行第一次回火、第二次回火、第三次回火，回火溫度520℃。每次回火取出一件小樣做金相分析，同時測量大試樣的兩種硬度計硬度結果。另一件大試樣2用480℃回火。其結果如下表3回火后洛氏、里氏硬度值變化表(HRC、HRCLD)

上述試樣在不同熱處理狀態(tài)下的金相分析結果見圖5、圖6圖5是試樣在淬火狀態(tài)下500X金相照片。組織為淬火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體圖6是試樣在回火狀態(tài)下500X金相照片。組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體Cr12MoV鋼淬火組織應為淬火馬氏體、碳化物及殘余奧氏體，由于馬氏體很細，在顯微鏡下看不到馬氏體針葉，僅可觀察到明顯的奧氏體晶界，基體呈白色。
圖7是試樣在第二次回火狀態(tài)下500X金相照片。組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體圖8是試樣在第三次回火狀態(tài)下500X金相照片。組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體理論上Cr12MoV在1070℃淬火后殘余奧氏體量大約為30％左右，經第二次回火，沒有徹底轉變的殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)生新的轉變，又產生新的內應力。從以上四張圖片反映出殘余奧氏體經三次回火后，殘余奧氏體量逐漸減少。
上述試樣在480℃三次回火后金相組織和520℃補充回火一次的金相組織比較圖9是試樣在480℃三次回火狀態(tài)下500X金相照片。組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體組織圖10是試樣在520℃補充回火一次狀態(tài)下500X金相照片。組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體從圖9和圖10看出采用480℃三次回火后奧氏體晶界很明顯，殘余奧氏體的量較多。經520補充回火一次后奧氏體晶界已明顯減少，殘余奧氏體的量也減少。
以上結果顯示在殘余奧氏體的量多時，兩種硬度計硬度結果差異是很大的，隨著回火的充分，殘余奧氏體的量依次減少，兩種硬度計硬度結果越接近。
C、在模具材料Cr12MoV一次硬化980℃-1020℃淬火，200℃回火的熱處理生產檢測中發(fā)現(xiàn)，工件用洛氏硬度計檢測硬度總是在技術要求58-62HRC下限，有時在55-57HRC左右。用里氏硬度計測硬度發(fā)現(xiàn)更低，低點值50HRCLD左右，偶爾有高點值和洛氏硬度計值重合。此種差異主要有兩種情況。1、里氏硬度計的硬度值低于洛氏硬度計硬度值沒有重合點；2、里氏硬度計的硬度值高點和洛氏硬度計硬度值重合，但低點值很低，且高點值和低點值之間波動很大。經過以上對二次硬化工件的檢驗比較，推斷此種情況可能是殘余奧氏體存在造成的結果。通過金相取樣分析也證實了這一點。在200℃回火的工件，回火只是消除淬火應力，保持高硬度及高耐磨性，其尺寸與淬火狀態(tài)幾乎無差別；淬火后所保留的殘余奧氏體基本上發(fā)生不了多大變化，如果洛氏硬度計和里氏硬度計的硬度示值出現(xiàn)差異，這說明殘余奧氏體量多了?？赏ㄟ^提高回火溫度到520℃使殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，洛氏硬度計和里氏硬度計的硬度示值就比較接近趨于一致。
下圖為上述模具鑲塊1000℃淬火200℃回火、520℃回火的金相組織。
圖11是模具鑲塊在200℃回火狀態(tài)下500X金相照片。組織為淬火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體圖12是模具鑲塊在520℃回火狀態(tài)下500X金相照片。組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體模具鑲塊經200℃兩次回火后硬度洛氏只有55-57HRC，里氏硬度在48-56HRCLD。對鑲塊取樣做金相檢測，發(fā)現(xiàn)鑲塊回火后的組織奧氏體晶界很明顯，從照片上看幾乎呈淬火狀態(tài)的組織，嚴重回火不足。后經520℃兩次回火后，洛氏和里氏硬度計硬度達到58-62HRC，組織正常。而在520℃回火之前，測量了200℃回火后的5塊鑲塊長度方向的尺寸，經520℃兩次回火后長度方向的尺寸漲大0.5-0.9mm。對于一次硬化出現(xiàn)的這種大量的殘余奧氏體現(xiàn)象，可能是因為工件大或爐溫偏高所致。而且對于一次硬化200℃回火后的模具鑲塊進行磨削后檢測發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)都有磨削裂紋，這也說明了殘余奧氏體量偏多，200℃回火未使殘余奧氏體發(fā)生很大轉變。
在里氏硬度計使用說明書中注明高合金鋼材料中，包括“所有奧氏體鋼和鉻鋼萊氏體鋼”兩種類型。在對其硬度值測量中，L值有時偏低。所謂“奧氏體鋼”組織為單一的奧氏體組織，在Cr12MoV熱處理的過程當中，既存在馬氏體組織也存在奧氏體組織，用里氏硬度計測量馬氏體組織的結果比其他組織要精確的多。所以可以利用這種偏差檢測Cr12MoV的回火不足現(xiàn)象。該說明書中提到萊氏體(共晶碳化物)對硬度的影響，在大量的硬度檢測中發(fā)現(xiàn)這種影響并不明顯，本申請人應用的Cr12MoV鍛件比較多，外購鍛件質量參差不齊，在對大小模具材料熱處理后開裂的金相失效分析中，發(fā)現(xiàn)網狀共晶碳化物都是比較嚴重，但是它們的洛氏硬度和里氏硬度值接近一致。而且在分析Cr12MoV工件熱處理后硬度不足的取樣檢驗中，發(fā)現(xiàn)封閉的網狀共晶碳化物組織，針對這種組織的工件進行熱處理返工，返工后兩種硬度計結果一致，工件硬度合格。另外里氏硬度計使用說明書提到里氏值受彈性模量的影響，在彈性部分，首先明顯受E模量影響，在這方面當材料的靜態(tài)硬度相同，E值大小不同，E值低的材料，L值較大。資料查閱馬氏體彈性模量Gpa28-41，殘余奧氏體Gpa83。當殘余奧氏體含量比較多時，由于它的彈性模量遠大于馬氏體彈性模量，E值高，故L值較小，小于馬氏體L值。這時里氏硬度計所反映的是殘余奧氏體的硬度值。所以才會出現(xiàn)兩種硬度計不同的檢測結果。對硬度結果差異大的模具鑲塊進行補充回火，兩種硬度計結果趨于一致。
綜上所述，Cr12MoV二次硬化淬火狀態(tài)下洛氏硬度值可達到50-62HRC左右，里氏硬度值一般在40-50HRCLD左右。第一次回火后，洛氏硬度值有所降低1-3HRC左右，因淬火馬氏體比回火馬氏體硬度高，而里氏硬度值基本保持不變。當里氏硬度值在48-52HRCLD左右，洛氏硬度值有時可達到58-62HRC之間，而生產中因為回火時裝爐量大或每次回火之間，工件沒有冷到室溫等等原因，在交檢時會產生這種結果，如果只以洛氏硬度計來檢驗熱處理質量，回火不足就會漏檢。隨著二次回火，里氏硬度值會在50-58HRCLD左右，洛氏硬度值可達到55-62HRC左右。隨著三次回火后，兩種硬度計結果趨于一致，滿足技術要求。
當兩種硬度計硬度結果差異小于3HRC時，殘余奧氏體量已經很少了，不論硬度合格還是不合格，再進行回火時硬度會下降，原因可能是馬氏體中的碳以合金碳化物的形式析出，部分馬氏體發(fā)生分解為其他組織所致。
本發(fā)明所述方法具有快捷、簡單、方便的特點，能對生產過程中的每一個工件進行現(xiàn)場檢測，且準確率高，無污染。該方法不僅適用于淬火回火狀態(tài)的Cr12MoV鋼回火不足的檢驗，還適合于有二次硬化現(xiàn)象的高合金鋼回火不足的檢驗。本發(fā)明用在別的地方可定性判斷鋼的殘余奧氏體量，殘余奧氏體量在模具材料中要求轉變徹底或越少越好，而在低合金滲碳鋼種要求有一定數(shù)量的殘余奧氏體量。下一步可根據多次實驗硬度差異數(shù)據與對應的金相組織，用X射線衍射儀對金相組織進行殘余奧氏體定量，輸入里氏硬度計里實現(xiàn)殘余奧氏體定量檢測。


圖1是2020號零件照片。
圖2是2016號零件照片。
圖3是2023號零件照片。
圖4是2011號零件照片。
圖5是試樣在淬火狀態(tài)下500X金相照片。
圖6是試樣在回火狀態(tài)下500X金相照片。
圖7是試樣在第二次回火狀態(tài)下500X金相照片。
圖8是試樣在第三次回火狀態(tài)下500X金相照片。
圖9是試樣在480℃三次回火狀態(tài)下500X金相照片。
圖10是試樣在520℃補充回火一次狀態(tài)下500X金相照片。
圖11是模具鑲塊在200℃回火狀態(tài)下500X金相照片。
圖12是模具鑲塊在520℃回火狀態(tài)下500X金相照片。
圖13是實施例1的工件照片。
圖14是實施例1工件的金相組織照片。
圖15是實施例2的工件照片。
圖16是實施例2工件的金相組織照片。
圖17是實施例3的工件照片。
圖18是實施例3工件的金相組織照片。
具體實施例方式
本申請人長期采用洛氏硬度計和里氏硬度計對Cr12MoV二次硬化1060-1080℃淬火、520-540℃回火熱處理后模具硬度(技術要求58-62HRC)進行檢驗，對其現(xiàn)象進行多次的跟蹤、記錄、比較、整理，主要歸納為以下三種情況1、洛氏硬度計和里氏硬度計示值一致均在58-62HRC；洛氏和里氏硬度值差異3HRC以下視為一致，在測量誤差比較小的情況下，其硬度基本上相同；2、洛氏硬度計和里氏硬度計示值差異較大工件在洛氏硬度計上檢測結果達到58-60HRC為合格或基本合格。而在里氏硬度計上示值很低，結果相差5-10HRC；3、洛氏硬度計和里氏硬度計示值一致但硬度值低于技術要求58-62HRC，硬度不合格。
對以上三種現(xiàn)象的工件取樣進行金相分析，結果如下實施例1，第一種現(xiàn)象洛氏硬度計檢測出的工件硬度值61.5HRC；里氏硬度計測得工件硬度值轉換為洛氏59.9-61.2HRCLD(以下所有的里氏硬度值均有儀器直接轉換為洛氏值)。工件各部分硬度值，無論用里氏硬度計還是洛氏硬度計檢測的值都比較均勻，金相組織為馬氏體+塊粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，組織回火充分。參見圖13和圖14。
腐蝕條件4％硝酸酒精室溫25℃兩分鐘。
實施例2，第二種現(xiàn)象洛氏硬度計檢測的工件硬度值58-60HRC；里氏硬度計測得工件硬度值48-55HRCLD。工件四周邊緣處用里氏硬度計測得值52-55HRCLD，靠近中間處用里氏硬度計測得值48-51HRCLD；用洛氏硬度計測得工件各部分硬度值偏差只有1-2HRC。金相組織為馬氏體+塊粒狀碳化物+大量殘余奧氏體，組織回火不足。參見圖15和圖16。
腐蝕條件4％硝酸酒精室溫25℃兩分鐘。
實施例3，第三種現(xiàn)象洛氏硬度計測得工件硬度值51-52HRC；里氏硬度計測得工件硬度值50-53HRCLD。兩種硬度計測得工件各部分硬度值都比較均勻一致。金相組織為隱晶馬氏體+塊粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，組織回火充分。參見圖17和圖18。
腐蝕條件4％硝酸酒精室溫25℃兩分鐘。
從以上數(shù)據和金相組織可得出結論第一種現(xiàn)象，工件硬度合格、金相組織正?？膳卸ㄙ|量合格；第二種現(xiàn)象，工件的兩種硬度計結果差異大于等于3HRC，金相組織回火嚴重不足，就回火不足可判定質量不合格，隨后對其工件進行補充回火，回火后兩種硬度計結果一致59-61HRC，組織回火充分；第三種現(xiàn)象，工件的兩種硬度計結果差異小于3HRC，金相組織回火充分，但工件硬度未達到技術要求，判定質量不合格，隨后對其工件進行返工。
通過以上分析在現(xiàn)場工作檢驗中，凡是兩種硬度計結果出現(xiàn)差異大時，須通過補充回火來校正。凡是兩種硬度計的硬度結果都不合格時，須通過返修來保證質量。
權利要求
1.一種用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼的殘余奧氏體量的方法，該方法采用洛氏硬度計和里氏硬度計檢測熱處理工藝回火后工件的洛氏硬度值和里氏硬度值，兩種硬度計硬度結果差異越大，工件內殘余奧氏體的量越多；兩種硬度計硬度結果越接近，工件內殘余奧氏體的量越少。
2.一種用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼回火不足的方法，該方法采用洛氏硬度計和里氏硬度計檢測熱處理工藝回火后工件的洛氏硬度值和里氏硬度值，判定標準為若洛氏硬度值和里氏硬度值差異大于等于3HRC時，判定工件回火不足；若洛氏硬度值和里氏硬度值差異小于3HRC時，判定工件回火組織合格。
3.根據權利要求2所述的用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼回火不足的方法，其特征是判定所述工件回火不足的標準為若檢測的洛氏硬度值和里氏硬度值差異大于等于5HRC時，判定工件回火不足。
4.根據權利要求3所述的用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼回火不足的方法，其特征是所述工件為淬火回火狀態(tài)的高合金鋼，。
5.根據權利要求4所述的用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼回火不足的方法，其特征是所述工件為淬火回火狀態(tài)的Cr12MoV鋼。
全文摘要
一種用洛氏、里氏硬度對比法檢測鋼的殘余奧氏體量及回火不足的方法，該方法采用洛氏硬度計和里氏硬度計檢測熱處理工藝回火后工件的洛氏硬度值和里氏硬度值，兩種硬度計硬度結果差異越大，工件內殘余奧氏體的量越多；兩種硬度計硬度結果越接近，工件內殘余奧氏體的量越少。利用該方法判定工件回火不足標準為若洛氏硬度值和里氏硬度值差異大于等于3HRC時，判定工件回火不足；若洛氏硬度值和里氏硬度值差異小于3HRC時，判定工件回火組織合格。本發(fā)明所述方法具有快捷、簡單、方便的特點，能對生產過程中的每一個工件進行現(xiàn)場檢測，且準確率高，無污染。該方法不僅適用于淬火回火狀態(tài)的Cr12MoV鋼回火不足的檢驗，還適合于有二次硬化現(xiàn)象的高合金鋼回火不足的檢驗。
文檔編號G01N3/00GK1996013SQ200610166580
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月31日 優(yōu)先權日2006年12月31日
發(fā)明者唐銳麗, 甘中明, 李本言, 張安民, 林平, 尹濤, 劉凱, 張顯超 申請人:東風汽車有限公司