การตรวจสอบคุณภาพการอบชุบและข้อมูลทางเทคนิค

บทที่ 2 การกำหนดความลึกของชั้นผิวแข็ง
ผ่านการบำบัดความร้อนด้วยสารเคมี (การชุบคาร์บูไรซิ่ง, การดับคาร์บอนไนไตรด์, ไนไตรดิ้ง ฯลฯ ) หรือการบำบัดความร้อนที่พื้นผิว (การชุบด้วยการเหนี่ยวนำ, การดับเปลวไฟ, การดับลำแสงอิเล็กตรอน ฯลฯ ) รวมถึงการแทรกซึมของโลหะและการแทรกซึมที่ไม่ใช่โลหะ พื้นผิวของโลหะ สามารถรักษาชิ้นส่วนได้ลึกระดับหนึ่ง ชั้นแข็งเพื่อให้เหมาะกับความต้องการในการบริการ ในการกำหนดคำจำกัดความของชั้นที่ชุบแข็ง สามารถใช้วิธีการไล่ระดับความแข็งเพื่อวัดความลึกของชั้นที่ชุบแข็งได้ เมื่อมีส่วนต่อประสานที่ชัดเจนระหว่างชั้นที่แข็งตัวและเมทริกซ์ ก็สามารถใช้วิธีทางโลหะวิทยาได้เช่นกัน

ในการเตรียมชิ้นงานทดสอบ ควรปฏิบัติตามข้อกำหนดทั่วไปในการเตรียมชิ้นงานทดสอบทางโลหะวิทยา (ดูบทที่ 5 ส่วนที่ 5.1) จำเป็นต้องติดตั้งตัวอย่างเพื่อป้องกันขอบพื้นผิวของตัวอย่างจากการถูกลบมุม ตัวอย่างจะต้องถูกกัดเซาะตามปกติสำหรับการทดสอบทางโลหะวิทยา หรือเพื่อทำความเข้าใจการกระจายตัวของชั้นความแข็งเมื่อใช้วิธีการความแข็ง เมื่อทำการวัดความแข็งแนะนำให้ทำในสภาพขัดเงา

2.1 กฎทั่วไปสำหรับการกำหนดความลึกของชั้นผิวชุบแข็ง
การกำหนดความลึกของชั้นแข็งที่ได้รับภายใต้เงื่อนไขกระบวนการเฉพาะควรดำเนินการตามข้อกำหนดของมาตรฐานการทดสอบและโปรโตคอลทางเทคนิคที่เกี่ยวข้อง

2.1.1 การเลือกตัวอย่างและการเตรียมตัวอย่าง
ตัวอย่างสำหรับการวัดความลึกของชั้นพื้นผิวที่แข็งตัวควรนำมาจากชิ้นส่วนหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการเฉพาะแล้ว ควรระบุพื้นที่และปริมาณที่ใช้ในเอกสารกระบวนการ และสามารถเลือกตัวอย่างที่จัดส่งพร้อมเตาเผาได้ตามข้อบังคับ

ควรวัดความลึกของชั้นพื้นผิวที่ชุบแข็งบนหน้าตัดที่ตั้งฉากกับชั้นที่ชุบแข็ง พื้นผิวทดสอบควรรวมถึงชั้นแข็งทั้งหมดและส่วนหนึ่งของโครงสร้างแกนกลาง และควรอยู่ใกล้กับทิศทางตามแนวแกนของชิ้นส่วนหรือพื้นที่ที่ระบุในข้อตกลงทางเทคนิคมากที่สุด

สำหรับตัวอย่างชั้นแข็งบาง สามารถใช้ชิ้นงานรูปทรงลิ่มได้ ดังแสดงในรูปที่ 2-1 ชิ้นงานแบบขั้นสามารถใช้เพื่อกำหนดขีดจำกัดความลึกของชั้นผิวแข็งได้ ความสูงของแต่ละขั้นตอนของตัวอย่างขั้นตอนคือ 0.05 มม. หรือ 0.10 มม. และพื้นผิวและพื้นผิวแต่ละขั้นตอนจะต้องกราวด์และผ่านการประมวลผล ดังแสดงในรูปที่ 2-2

รูปภาพ
2.1.2 การหาค่าการไล่ระดับความแข็ง
วิธีความแข็งใช้เพื่อกำหนดความลึกของชั้นพื้นผิวที่แข็งตัว ซึ่งขึ้นอยู่กับกราฟไล่ระดับความแข็งจากพื้นผิวสู่ด้านใน

โดยปกติการไล่ระดับความแข็งจะวัดโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Vickers แต่เครื่องทดสอบความแข็ง Knoop ยังสามารถใช้ได้ภายใต้เงื่อนไขที่ทั้งสองฝ่ายตกลงกันในข้อตกลง ช่วงแรงทดสอบที่ใช้ได้คือ {{0}}.9807~9.807N (0.1~1kgf)

การไล่ระดับความแข็งจะวัดที่สถานที่สองแห่งขึ้นไปตามข้อตกลงระหว่างคู่สัญญาในข้อตกลง ควรวาดผลการวัดในแต่ละตำแหน่งเป็นเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงความแข็งที่สัมพันธ์กับระยะห่างจากพื้นผิว

ตำแหน่งของการวัดความแข็งแสดงอยู่ในวิธีการตารางในรูป {{0}} ภายในความกว้าง W 1.5 มม. ความแข็งของวิกเกอร์สจะวัดบนเส้นขนานตั้งแต่หนึ่งเส้นขึ้นไปที่ตั้งฉากกับพื้นผิว ระยะห่างระหว่างเส้นขนานเหล่านี้ควรเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานการทดสอบความแข็งของวิคเกอร์ ระยะห่าง (Δd) ระหว่างแต่ละสองรอยเยื้องที่อยู่ติดกันไม่ควรน้อยกว่าเวลาปกติของเส้นทแยงมุมของการเยื้อง ระยะห่างที่แตกต่างกัน (d2-d1) ระหว่างศูนย์กลางของการเยื้องต่อเนื่องและพื้นผิวไม่ควรเกิน 0.1 มม. ความแม่นยำในการวัดระยะห่างจากศูนย์กลางของการเยื้องถึงพื้นผิวควรอยู่ภายใน ± 25 μm

รูปภาพ

ระยะห่างจากศูนย์กลางถึงพื้นผิวของการเยื้องแรก (d1) บนพื้นผิวควรมีค่าอย่างน้อย 2.5 เท่าของเส้นทแยงมุมของการเยื้องความแข็งแบบวิกเกอร์ส

จากข้อมูลที่วัดได้ สามารถวาดเส้นโค้งที่แสดงในรูปที่ 2-4 ได้ และความลึกของชั้นที่ชุบแข็งที่สอดคล้องกันสามารถได้รับตามคำจำกัดความของความลึกของชั้นที่ชุบแข็งต่างๆ

รูปภาพ
2.2 การกำหนดความลึกของชั้นชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็งคาร์บูไรซ์หรือคาร์บอไนไตรด์

โดยทั่วไปจะวัดความลึกของชั้นชุบแข็งด้วยคาร์บูไรซ์หรือคาร์โบไนไตรด์ของชิ้นส่วนเหล็ก (มากกว่า 0.3 มม.) โดยใช้วิธีที่ระบุไว้ใน GB/T 9450-2005 "การกำหนดและการตรวจสอบความลึกของคาร์บูไรซ์ และชิ้นส่วนเหล็กที่ชุบแข็งแล้ว" วิธีนี้ก็เป็นวิธีอนุญาโตตุลาการวิธีเดียวเช่นกัน

2.2.1 คำจำกัดความของความลึกของชั้นคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็ง

GB/T 9450-2005 กำหนดว่าระยะห่างในแนวตั้งจากพื้นผิวของชิ้นส่วนจนถึงจุดที่ค่าความแข็งของวิคเกอร์สคือ 550HV1 คือความลึกของชั้นชุบแข็งด้วยคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็ง 550HV1 นี้เรียกว่าค่าความแข็งจำกัด คำจำกัดความนี้ใช้กับชิ้นงานที่ได้รับการคาร์บูไรซ์หรือคาร์บอไนไตรด์และดับแล้ว และค่าความแข็งที่ความลึกของชั้นชุบแข็งที่ชุบแข็งจากพื้นผิว (กำหนดเป็นศูนย์กลาง) น้อยกว่า 450HV เมื่อจุดสูงกว่า 450HV ควรเลือกค่าเฉพาะที่มากกว่า 550HV (โดยที่ 25HV เป็นระดับแรก) เป็นค่าจำกัดความแข็ง หากค่าความแข็งของแกนกลางที่ตำแหน่งนี้คือ 470HV ควรตั้งค่าขีดจำกัดความแข็งเป็น 575HV หากมีข้อตกลงทางเทคนิคอื่น บทบัญญัติของข้อตกลงจะถูกนำมาใช้

2.2.2 การหาความลึกของชั้นชุบแข็งด้วยวิธีความแข็ง

ใช้โหลด {{0}}.9807~9.807N (ที่ใช้กันทั่วไป: 0.9807~2.942N) เพื่อวัดเส้นโค้งเกรเดียนต์ความแข็งจากพื้นผิวสู่ด้านใน ตามวิธีการที่แนะนำในส่วนที่ 2.1 โดยทั่วไป ควรวัดเส้นโค้งความแข็งตั้งแต่สองเส้นขึ้นไปในตำแหน่งที่ทั้งสองฝ่ายตกลงกัน กำหนดระยะห่างจากพื้นผิวชิ้นงานโดยที่ค่าความแข็งเป็นค่าที่กำหนด (เช่น 550HV หรือค่าความแข็ง Knoop ที่สอดคล้องกัน) โดยขึ้นอยู่กับแต่ละเส้นโค้ง ดังแสดงในตารางในรูป 2-4 เมื่อความแตกต่างระหว่างแต่ละค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.1 มม. ค่าเฉลี่ยจะถือเป็นความลึกของชั้นที่ชุบแข็ง หากความแตกต่างมากกว่า 0.1 มม. ควรทดสอบซ้ำ

ภายใต้เงื่อนไขที่มีการกำหนดความลึกของชั้นชุบแข็งด้วยคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งอย่างคร่าว ๆ ก็สามารถใช้วิธีการประมาณค่าในการตรวจสอบได้ ที่ตำแหน่งที่ระยะห่างจากพื้นผิวน้อยกว่าความลึกของชั้นชุบแข็งโดยประมาณ d1 และมากกว่าความลึกของชั้นชุบแข็งโดยประมาณ d2

(" ของ d{{0}} d1 ไม่ควรเกิน 0.3 มม.") วัดค่าความแข็งอย่างน้อย 5 ค่า (ค่าเฉลี่ย) ในแต่ละค่า รูปภาพมีตามลำดับ สามารถรับความลึกของชั้นชุบแข็ง (CHD) ได้ตามสูตรการประมาณค่า (2-1):

รูปภาพ
ในสูตร d1——ระยะห่างจากพื้นผิวซึ่งน้อยกว่าความลึกของชั้นที่ชุบแข็ง

d2 ——— ระยะห่างจากพื้นผิวที่มากกว่าความลึกของชั้นที่แข็งตัว

รูปภาพ - ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของค่าการวัดความแข็งที่ d1 และ d2 ดังแสดงในรูป 2-5

รูปภาพ - ค่าความแข็งจำกัด (ปกติคือ 550HVI)

รูปภาพ
2.2.3 วิธีการแสดงผลการวัดความลึกของชั้นชุบแข็งด้วยคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็ง

ตามเงื่อนไขการทดสอบความแข็ง ความลึกของชั้นชุบแข็งด้วยคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งจะแสดงดังนี้:

รูปภาพ

2.2.4 วิธีการทางโลหะวิทยาเพื่อกำหนดความลึกของชั้นคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็ง

เมื่อวัดความลึกของชั้นที่ชุบแข็งโดยใช้วิธีการทางโลหะวิทยา ขอแนะนำให้ใช้กล้องจุลทรรศน์ทางโลหะวิทยา ซึ่งความลึกของชั้นที่ชุบแข็งนั้นครอบคลุม 1/3~2/3 ของขอบเขตการมองเห็น

โดยทั่วไป วิธีการทางโลหะวิทยาจะถูกวัดบนพื้นผิวทดสอบทางโลหะวิทยาของหน้าตัดปกติของตัวอย่างคาร์บูไรซ์ภายใต้สภาวะการเย็นตัวช้า (สถานะสมดุล) ไม่มีมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เข้มงวดและเป็นหนึ่งเดียวสำหรับวิธีการคำนวณเฉพาะของความลึกของชั้นชุบแข็งคาร์บูไรซ์และชุบแข็ง โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับวัตถุดิบ (เหล็กกล้าคาร์บอน, โลหะผสมเหล็ก) และเทคโนโลยีสามารถแบ่งได้เป็น 3 วิธี ดูตารางที่ 2-1

รูปภาพ
รูปภาพ
ในขณะที่ทำให้แน่ใจว่าชิ้นงานมีโซนคาร์บอนสูงที่ลึกเพียงพอ โดยทั่วไปแล้วการไล่ระดับความเข้มข้นของคาร์บอนในโซนการเปลี่ยนผ่านของชั้นคาร์บูไรซ์ไม่ควรใหญ่เกินไปที่จะชะลอการกลายพันธุ์ของความเค้นระหว่างชั้นคาร์บูไรซ์และเมทริกซ์ . ดังนั้นจึงจำเป็นโดยทั่วไปที่ผลรวมของชั้นไฮเปอร์ยูเทคตอยด์และชั้นยูเทคตอยด์จะคิดเป็นประมาณ 50% ถึง 75% ของชั้นความสามารถในการซึมผ่านทั้งหมด

2.2.5 การหาความลึกของชั้นชุบแข็งคาร์บูไรซ์แบบตื้น
สำหรับชิ้นงานที่มีความลึกของชั้นชุบแข็งด้วยคาร์บูไรซ์ (คาร์โบไนไตรด์) ต่ำกว่า 0.3 มม. วิธีการข้างต้นไม่สามารถทำได้ แต่ GB/T 9451-2005 "การกำหนดความลึกของชั้นชุบแข็งทั้งหมดหรือความลึกของชั้นชุบแข็งที่มีประสิทธิผลขนาดบาง ควรใช้ชั้นผิวของชิ้นส่วนเหล็ก" วิธีการที่กำหนดไว้ มาตรฐานนี้กำหนดว่าระยะห่างจากชั้นชุบแข็งที่วัดในทิศทางแนวตั้งของพื้นผิวชิ้นงานถึงค่าความแข็งระดับไมโครที่ระบุเรียกว่าความลึกของชั้นชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพ และระยะทางที่วัดจากชั้นชุบแข็งโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงค่าความแข็งระดับไมโครอย่างมีนัยสำคัญเรียกว่า ความลึกของชั้นแข็งทั้งหมด

วิธีการวัดและวิธีการแสดงออกเฉพาะจะเหมือนกับ GB/T {{0}} แต่โหลดที่ใช้สำหรับการทดสอบความแข็งของ Vickers โดยทั่วไปควรเป็น 1.97N (0.2kgf) และ 2.94N ( 0.3กก.)

2.3 การหาความลึกของชั้นไนไตรด์ของชิ้นส่วนเหล็ก
โดยทั่วไปการวัดความลึกของชั้นไนไตรดิ้ง (ไนโตรคาร์บูไรซิ่ง) ของชิ้นส่วนเหล็กจะดำเนินการตาม GB/T 11354-2005 "ชิ้นส่วนเหล็ก - การกำหนดความลึกของชั้นไนไตรดิ้งและการตรวจสอบโครงสร้างทางโลหะวิทยา" วิธีการวัดเฉพาะ ได้แก่ วิธีความแข็ง วิธีทางโลหะวิทยา และวิธีการแตกหัก วิธีความแข็งเป็นวิธีอนุญาโตตุลาการ
2.3.1 คำจำกัดความของความลึกของชั้นไนไตรด์
ความลึกของชั้นไนไตรดิ้ง (ไนโตรคาร์บูไรซิ่ง) คือผลรวมของชั้นสารประกอบที่พื้นผิวและชั้นการแพร่กระจาย

กำหนดโดยความแข็ง: ระยะห่างในแนวตั้งที่วัดจากพื้นผิวของตัวอย่างไปยังจุดที่สูงกว่าค่าความแข็งของวิคเกอร์สของซับสเตรตถึงจุดที่ 50HV คือความลึกของชั้นไนไตรด์

สำหรับชิ้นส่วนที่ความแข็งของชั้นไนไตรด์ของเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำโลหะผสมต่ำเปลี่ยนแปลงอย่างนุ่มนวลมาก ความลึกของชั้นไนไตรด์สามารถกำหนดเป็นระยะทางจากพื้นผิวไปตามทิศทางพื้นผิวแนวตั้ง โดยที่ความแข็งของ Vickers อยู่ที่ 30HV สูงกว่าความแข็งวิคเกอร์ของเมทริกซ์ หากมีข้อตกลงทางเทคนิคอื่น บทบัญญัติของข้อตกลงจะถูกนำมาใช้

2.3.2 การหาความลึกของชั้นไนไตรด์โดยวิธีความแข็ง
วิธีความแข็งใช้ในการวัดความลึกของชั้นไนไตรดิ้ง ใช้ความแข็งแบบวิกเกอร์สตามมาตรฐาน (สามารถใช้ความแข็งแบบ Knoop ได้) แรงทดสอบคือ {{0}}.9807~9.807N และโดยปกติจะใช้ 0.9807~2.942N

ความลึกของชั้นไนไตรดิ้งจะขึ้นอยู่กับความแข็งฐานของชิ้นส่วน ค่าเฉลี่ย (แม่นยำถึง 10 หลัก) ของค่าความแข็งจุดที่วัดที่ 3 เท่าของความลึกของชั้นไนไตรดิ้งจากพื้นผิวจะต้องเป็นค่าความแข็งฐานที่วัดได้