渗碳测试从样品制备到结果出具的完整流程详解

渗碳是钢铁材料表面强化的核心工艺之一，通过向工件表面渗入碳原子形成高硬度渗碳层，广泛应用于齿轮、轴类等重载零件。渗碳测试作为验证工艺有效性的关键环节，结果直接影响产品寿命与安全性。其完整流程涵盖样品制备、表面预处理、工艺参数确认、渗层深度检测、硬度分布分析、组织形貌观察及数据处理，每个步骤的细节控制都决定结果准确性。

渗碳测试样品的制备要求

样品制备需确保能真实反映工件渗碳状态。首先是取样位置，必须取自关键工作区域——比如齿轮的齿根（受力集中区）、轴类的配合面，若取非工作区域，结果将失去参考价值。

其次是尺寸控制，通常选10×10×15mm长方体或φ10×15mm圆柱试样。尺寸过小易夹持不稳，过大增加打磨工作量；且样品厚度需大于渗层深度2-3倍，避免基体硬度干扰。

最后是取样方法，优先用线切割或电火花加工，热影响区小（≤0.1mm），不会改变渗层组织。若用锯切/车削，需去除表面0.5mm以上热影响层，否则结果会偏高。

样品表面的预处理流程

样品表面需清洁无油污、氧化皮，否则影响硬度测试与金相观察。第一步除油：用无水乙醇超声清洗（40kHz，15-20分钟），油污重时先加丙酮浸泡5分钟。

第二步除锈：有氧化皮时用喷砂处理（0.2-0.3MPa压力，100-120目白刚玉，1-2分钟），既能去氧化皮又不损伤渗层；或用10%盐酸浸泡3-5分钟，后清水冲洗、酒精脱水。

第三步干燥：处理后立即风干或40-50℃烘箱烘干，放入干燥器保存，防止受潮生锈。

渗碳工艺参数的核对与记录

测试前需确认渗碳工艺参数，这是解读结果的基础，关键参数包括温度、时间、碳势。

温度：一般900-930℃，依材料调整——20CrMnTi用920℃，18Cr2Ni4WA用900℃。温度过高会导致奥氏体晶粒长大，降低渗层韧性；过低则渗碳速度慢，渗层深度不足。

时间：与目标渗层深度直接相关，气体渗碳约0.1-0.2mm/小时（920℃、碳势1.0%C时）。比如目标1.0mm渗层，需5-6小时，且时间从炉温达设定值后开始算，而非装炉时间。

碳势：用氧探头或红外仪控制在0.8-1.2%C。过高会出现网状碳化物（降低韧性），过低则硬度不足。需核对碳势记录曲线，确保工艺过程稳定。

渗层深度的显微硬度测试流程

渗层深度是核心指标，常用显微硬度法（符合GB/T 9450-2005）。首先制备测试样品：用树脂镶嵌，依次用240#-2000#水砂纸打磨（每道旋转90度，消除前道划痕），再用1-3μm金刚石喷雾抛光至镜面。

然后腐蚀：浸入4%硝酸酒精溶液5-10秒，直到渗层与基体界限清晰，后清水冲洗、酒精脱水风干。

测试步骤：将样品固定在显微硬度计上，找到渗层边界，从表面开始沿垂直方向每隔0.1mm测一个点（负荷100g或200g），直到硬度降到基体90%为止。最后一个≥基体90%硬度的点到表面的距离，即为渗层深度。

注意：测试点避开边缘、缺陷（裂纹/气孔），每个样品测2条平行线路取平均。

渗碳层硬度分布的检测要点

硬度分布反映渗层质量，测试方法同渗层深度，但需扩大范围（超过渗层2mm以上）。测试位置要覆盖关键区域——齿轮测齿顶、齿根、齿面，轴类测外圆、圆角，每个位置测3个点取平均。

数据记录要准确：比如“表面0.0mm处850HV100，0.1mm处830HV100……”，据此绘制硬度分布曲线（横坐标距离表面，纵坐标硬度）。正常曲线应“表面高、向心部渐变低”，若波动可能是碳势不稳或打磨过热。

渗碳层组织形貌的观察与评定

组织形貌分析直观反映微观结构，样品制备同显微硬度测试（镶嵌、打磨、抛光、腐蚀）。观察内容包括渗层与基体组织：渗层应为回火马氏体+均匀颗粒碳化物+少量残余奥氏体（≤15%）；基体为回火索氏体（调质件）或铁素体+珠光体（未调质件）。

评定标准：碳化物需颗粒状、分布均匀，无网状/大块（网状会降低韧性）；残余奥氏体量不能过多（影响硬度耐磨性）；渗层与基体结合无明显过渡层或脱碳层。

观察时用400×-500×金相显微镜拍照片，记录特征——比如“渗层为回火马氏体+5%颗粒碳化物+10%残余奥氏体，基体回火索氏体，组织均匀无缺陷”。

测试结果的验证与数据处理

为确保准确，需做平行样测试：每个工件取2个样品，每个样品测2次，相对偏差≤5%。若偏差超5%，需重新制样测试，查找原因（如样品制备不当、操作失误）。

数据处理：渗层深度取平均值（比如1.02mm和0.98mm平均为1.00mm）；硬度分布绘制成平滑曲线。

最后出具报告，内容包括：样品信息（工件名、材料、炉号）、工艺参数（温度、时间、碳势）、测试方法（显微硬度/金相）、结果（渗层深度、硬度分布、组织描述）、结论（是否符合要求）。报告需附金相照片和硬度曲线，数据准确无模糊表述（如“约1mm”改为“1.00mm”）。