金相法测定球化退火态钢脱碳层深度

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在我们的进出口钢材检验实践和与外商的索赔谈判、国外厂家工程技术人员的技术交流中，深感各国现行钢脱碳层深度的金相测定法对于球化退火态来说，均存在一些问题有必要加以研究改进。

1  标准方法中存在的问题

    关于钢脱碳层深度的金相法测定，在GB224-87和ISO3887-1976标准中为“一般来说．观测到的组织差别，在亚共析钢中是以铁索体与其他组织组成物的相对量的变化来区分的．在过共析钢中是以碳化物含量相对基体的变化来区分的”。在JISG0558-1977标准中为“以显微镜判断从铁素体、珠光体或碳化物的面积比率到脱碳状态，然后测量脱碳层深度”。这些方法都是建立在钢的平衡图的基础上的，这对于完全退火态钢是适用的，但对于球化退火态钢就成了问题。虽然也是平衡组织．但其变化并非完全按平衡图进行的，而且组织的种类和形态也与平衡图的有别，所以据此确定球化退火钢脱碳层深度是不妥的。

    唯有DIN50192-77标准为“在铁素体基体上分布着碳化物(即球状珠光体一笔者)时，脱碳表现为碳化物的减少”。这在理论上是成立的，但在通常的实测中却成了问题，其原因有二：第一．无论是GB/T224-1987还是ISO3887-1976、rOCTl763-68、JISG0558-1977、NFA04-111及201、DIN50192-77对于脱碳层深度的测定都是借助于测微目镜或在显微镜毛玻璃屏或金相照片上测量从表面到其组织与基体组织已无区别的那一点的距离，这种测量虽属定量测定，但由于没有应用体视学原理，所以还不能算是定量金相学(又称体视金相学、定量金属组织学)方法。因其目视评定存在主观估计因素。所以测试误差很大：第二，碳的变化量引起的组织变化量对于球化退火态来说，实在是太小了，以致肉眼无法区分开来。例如碳钢，资料介绍，由计算求得的碳含量与组织含量关系。碳含量每减少O.10%，对于完全退火态来说，亚共析钢的先共析铁素体增加量为12.5％，珠光体则相应等量减少，过共析钢中的先共析碳化物减少量约为1.7%；而对于球化退火钢来说，球状珠光体钢中的碳化物减少量只不过1.5％。用肉眼区分如此小的变化量是十分困难的，往往是脱碳层已达一定深度，可是在球化退火态下却没有被检出，除非脱碳严重，甚至出现纯铁素体层时，才被发现。即使发现，脱碳层与基体的界限仍难以区分。这不仅在我们的检验实践中有所体会，国外资料中也有所论述。此外该方法对于高速钢球化退火态也不适用，因其基体不是铁素体而是索氏体。

2  常用方法中存在的问题

    对于球化退火钢脱碳层深度的测定，常用的金相法有二种。

    在过共析钢中，球状珠光体中的碳化物有两种，即大颗粒的先共析碳化物和小颗粒的共析碳化物，应以先共析碳化物的多少来区分脱碳层与基体的界限。

    当由轧制或锻造态直接进行球化退火时，由于过共析钢的先共析碳化物可能较粗大，在球化过程中断为大颗粒，而共析碳化物为小颗粒，二者尚易区分，此时资料上的方法尚可行。但是，为了获得细致均匀的球状珠光体，通常工艺都是先正火后球化退火，这时球状珠光体中的碳化物大小一致、适中、均布，无法识别出先共析碳化物，所以尽管其在理论上成立，而在实测中并不可行，况且此法对于球化退火的共析钢、亚共析钢又不适用。

    有资料认为，由全脱碳层→部分脱碳层→基体的组织变化依次为：铁素体→铁素体+片层状珠光体→片层状珠光体→片层状珠光体+球状珠光体→球状珠光体，因此脱碳层深度应从表面测至片层状珠光体消失的距离。

    球化退火前脱碳或球化退火中脱碳引起的组织变化确如资料所述，但组织变化不只是种类和形态的变化，还应有数量的变化。例如碳素工具钢T11(碳含量为1.05％～1.14％)和TlO(碳含量为O.95％～1.04％)，二者的退火规范均为750～770℃。当T11钢脱碳至T10钢的成分时，脱碳层与基体组织相同，均为球状珠光体。如按资料测量，结论是无脱碳层，这显然是错误的结果。由此例我们还不难知道，资料所述的组织变化准确地说应为：铁素体→铁素体+片层状珠光体→片层状珠光体→片层状珠光体+碳化物数量较少的球状珠光体一碳化物数量稍多的球状珠光体→碳化物数量增至正常的球状珠光体，脱碳层深度应为从表面测至碳化物数量为正常的球状珠光体的距离。换言之，资料法所测值小于真实脱碳层深度。此外，当材料存在较大偏析或球化退火不当时，无论是脱碳层还是基体都可能产生片层状珠光体，这给资料]方法增加了更大困难。再者，当球化退火中虽有脱碳但未影响球化时，组织变化中并无片层状珠光体产生。此时从表面至基体的变化并非资料所述，而是；铁素体→碳化物很少的球状珠光体(碳化物颗粒细小，铁素体基体晶界明显) →碳化物较少的球状珠光体(铁素体基体无晶界显示) →碳化物数量正常的球状珠光体。可见，资料法此时不适用。

3  解决金相测定方法的途径

  综上所述，无论是标准方法还是常用方法，都不能准确地测定球化退火态钢的脱碳层深度。为此，我们做了专门的研究，提出解决金相测定的途径：

  直接在球化退火态下的测定  测定原则是根据球化组织中碳化物体积分数的多少来确定脱碳层深度的，它不仅适用于球状珠光体组织钢(铁素体基体上分布着碳化物颗粒)，也适用于球化退火的高速钢(索氏体基体上分布着碳化物颗粒)测定方法是采用定量金相学方法，根据我们的体会，最好是通过计点法测出不同层深的碳化物体积分数，然后绘制成体积分数与层深的关系曲线，如图3所示。图中的曲线带宽为同层深多次测试值的范围；A段为含非球化组织的层深，B段为碳化物体积分数较小的球化组织的层深，C段为碳化物体积分数平稳段(呈水平状)。A段为只要根据组织的种类和形态即可直接测量的层深，B段椰C段由定量金相法测出。(A十B)段为脱碳层深度。C段为基体。由图3可以明显地看出是否存在脱碳层，测定的脱碳层深度具有高的准确性。