自攻螺钉渗碳层深度金相法的研究

在我国的行业标准中，金相法对渗碳层的测定要求必须在退火状态下。这样，渗碳层与基体色泽界限明显，能比较直观、准备地测出渗碳层深度。但是，在实际情况下，有哪种渗碳零件是在退火状态下使用呢？这样能测得的渗碳层在零件工作状态下的渗碳层吗？能满足零件在工作状态时对渗层的要求吗？我们能不能用金相法对工作状态的渗碳零件直接测定其渗碳层呢？

 渗碳层深度测量有断口法——主要适用于较深层渗碳的炉前测定；显微硬度法——主要用于渗碳层深度的仲裁测定，能直接反映零件渗碳层深度；金相法——普遍用于对渗碳零件生产控制过程中。在GB/T3098.5——2000自攻螺钉机械性能中，推荐用金相法测自攻螺钉的渗碳层深度，而显微维氏硬度法仅做仲裁。可见，用金相法测自攻螺钉的渗碳层是可行的，也是必要的。

 我公司生产的自攻螺钉，普遍采用材质为SWRCH18A、SWRCH22A钢，冷加工成型后，采用在网带炉里渗碳、直接淬火+低温回火工艺。由于自攻螺钉渗层比较浅，渗层深度容易控制，炉前检查一般由热处理技术员用火花鉴别法初步判定渗碳浓度及深度，做一定的定性分析，然后再送理化室做定量检测。下面，我们就以自攻螺钉ST6.3X22为例来谈谈用金相法直接测定自攻螺钉的渗碳层深度。

一、取样

按GB/T3098.5——2000自攻螺钉机械性能中的推荐规定，用金相法检测自攻螺钉渗碳层深度应在螺纹侧面上进行，测点应该在牙顶与牙底的距离之半处，对规格小于或等于ST3.9的自攻螺钉，应在牙底上进行试验。但是有的金相工作者在实际的工作中，喜欢在头部或头部支承面处取样，因为在头部或头部支承面渗碳层相对比较均匀，而且该处也比较光滑，能比较直观地测出渗层。但是，我个人认为这是不足取的，因为自攻螺钉在工作中，其渗碳层性能的直接体现应该是螺纹，因此我们应该在牙顶与牙底距离之半处取样。

 二、渗碳层分析

我们都知道渗碳零件的渗碳层都具有变化的碳浓度，由表及里逐渐减少，它由特别典型的三个区域组成：过共析层、共析层、过渡层。对于浅层渗碳件自攻螺钉来说，过共析层在正常情况下是没有的，只存在共析层和过渡层。该自攻螺钉采用的热处理参数为：渗碳（温度约880℃）→预冷淬火（温度约840℃）→回火（温度约200℃）。其表面碳浓度为：共析层含碳量0.5%—0.8%，组织为隐针回火马氏体+少量极细针回火马氏体；过渡层（亚共析层）含碳量0.18%—0.5%，组织为极细针状回火马氏体+针状回火马氏体＋板条回火马氏体+少量铁素体。

 三、渗碳层深度的确定

   对于渗碳自攻螺钉来说，要确定其渗碳层深度必找出共析层及过渡层界限。现在，我们就沿该螺钉轴向剖开，做成金相试样（腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液）测定其渗碳层深度。

金相法测定渗碳层的深度是建立在渗碳层组织的变化基础上。含碳量在0.18%左右的自攻螺钉经预冷至840℃淬火、200℃回火后，其正常心部组织就应该是具板条位向的回火马氏体+少量弥散状态的小颗粒铁素体或小条状铁素体。由于腐蚀较浅，铁素体不突出，但板条状的回火马氏体是非常突出的；深腐蚀后，在晶界处出现了少量铁素体。而过度层含碳量为0.18%—0.5%左右，预冷至到840℃淬火、200℃回火后，其正常组织应该是具有细针状位向的回火马氏体+微量铁素体。其基本情况是这样的，从渗碳层到基本的组织变化是细针状回火马氏逐渐减少，板条状回火马氏体开始出现。在第2区基本是细针状回火马氏体，而在第3区板条状马氏逐渐清晰可见，边缘处还出现了小颗粒铁素体，无疑这里就过度层与基体的分界限。在1区也就是共析区，含碳量0.5%—0.8%左右，预冷至840℃淬火、200℃回火后，其正常组织主要是隐针回火马氏体，在由外向内的组织变化是隐针回火马氏体逐渐减少，可见的细针状马氏体开始出现，这也就是共析区与过渡区的分界限。在确定了该自攻螺钉的渗层组织以后，那么渗碳层深度也就确定了。

在GB/T3098.5——2000自攻螺钉机械性能的技术要求中规定：热处理后的自攻螺钉表面硬度应≥450HV0.3（我们应该这样理解，就是说自攻螺钉渗碳层的硬度应该在4501HV0.3以上）。因此该自攻螺钉的渗碳层深度应该是共析层+过渡层的二分之一左右（也就是1区＋2区的深度0.21mm）。对于过渡层二分之一的分界线，从化学成分角度来说就是中碳和低碳的分界线；从组织角度来说就是针状回火马氏体与板条状回火马氏体的分界线；从显微硬角度来说就是该处硬度至少超过相邻点硬度30HV。

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