《航空鋼制件滲氮、氮碳共滲金相組織分級與評定》

1HB5022-××××航空鋼制件滲氮、氮碳共滲金相組織分級與評定本文件規(guī)定了航空鋼制件滲氮、氮碳共滲金相組織檢驗的試樣與制備要求、金相組織分級與評定等。本文件適用于HB/Z79、HB/Z20023中規(guī)定的航空鋼制件及13Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）復(fù)雜合金鋼、Cr11/Cr12馬氏體型熱強不銹鋼、馬氏體沉淀硬化不銹鋼及18Ni系列馬氏體時效鋼制件的滲氮、氮碳共滲金相組織的檢驗，其他牌號材料及其制件當(dāng)適用時可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4340.1金屬材料維氏硬度試驗第1部分試驗方法HB5013熱處理零件檢驗類別HB5354熱處理工藝質(zhì)量控制HB/Z79航空結(jié)構(gòu)鋼及不銹鋼滲氮工藝說明書HB/Z20023航空鋼制件離子滲氮、離子氮碳共滲工藝3術(shù)語和定義4試樣及制備要求4.1試樣要求4.1.1金相組織檢驗用試樣應(yīng)從零件工作面處切取，也可用與零件的材料、熱處理條件、表面粗糙度相同，并經(jīng)同爐滲氮處理，相似于零件工作面的隨爐試樣，并應(yīng)符合HB5354規(guī)定。對于規(guī)格小的零件可以直接使用零件做檢驗樣件。4.1.2對齒或花鍵部位進行滲氮、氮碳共滲時，金相組織檢驗應(yīng)使用齒形相同的試樣，并應(yīng)符合HB5354規(guī)定。4.1.3凡不適宜或不允許在零件滲氮工作表面進行脆性檢驗的，均允許使用專用的隨爐脆性檢驗試樣。4.2制備要求4.2.1按4.1.1.3規(guī)定的檢驗面進行檢驗試樣制備。制備試樣時，應(yīng)防止試樣檢驗面產(chǎn)生過熱及邊緣倒圓；應(yīng)特別注意防止在切割、鑲嵌及磨制試樣過程中由于方法或操作不當(dāng)而導(dǎo)致滲層檢驗面產(chǎn)生裂紋或剝落。采用線切割加工方法切取的試樣，磨制時應(yīng)確保完全磨去線切割造成的熱影響區(qū)。2HB5022-××××4.2.2用于檢驗滲層表面脆性的零件或試樣，表面粗糙度應(yīng)不大于Ra0.40μm，當(dāng)表面粗糙度不滿足檢驗要求時，可以適當(dāng)研磨，但不允許把化合物層（脆性層）磨掉，零件滲層工作面預(yù)留的加工余量超過化合物層（脆性層）時除外。4.2.3應(yīng)根據(jù)鋼的類別（或牌號）采用適用的腐蝕溶液（侵蝕劑）對金相檢驗試樣的檢驗面進行侵蝕，并應(yīng)防止因選用侵蝕劑不當(dāng)或侵蝕過度而造成試樣滲層或基體的晶界組織腐蝕損傷。金相檢驗試樣用腐蝕溶液配方參見附錄A。5金相組織分級與評定5.1通則5.1.1檢驗原則5.1.1.1本標(biāo)準是針對滲氮、氮碳共滲成品零件而言，檢驗半成品件時應(yīng)考慮制件的表面加工余量（即，應(yīng)扣除工藝規(guī)定的滲層表面加工余量值）。5.1.1.2制件滲氮、氮碳共滲前（簡稱滲前）的熱處理狀態(tài)應(yīng)為最終熱處理狀態(tài)，制件最終熱處理后的基體金相組織應(yīng)符合本標(biāo)準規(guī)定，晶粒度應(yīng)滿足HB/Z79要求。一般不檢驗滲氮、氮碳共滲后（簡稱滲后）的試樣心部金相組織，當(dāng)技術(shù)文件有規(guī)定時或必要時應(yīng)檢驗滲后的心部金相組織且不得劣于制件滲前的基體組織。5.1.1.3滲層金相組織檢驗面應(yīng)是滲后零件的實際工作面（或代表實際工作面的試樣表面）的垂直5.1.1.4滲前的基體金相組織和滲后的滲層金相組織均在金相顯微鏡下放大500倍進行觀察，滲后的滲層組織取規(guī)定檢驗部位的最差視場進行檢驗。本標(biāo)準中除特別指出和標(biāo)注的，所有金相組織（含疏松層）分級與評定圖片放大倍數(shù)均為500倍。5.1.1.5對齒或花鍵部位進行滲氮、氮碳共滲時，滲后的金相組織檢驗一般只檢查滲氮齒樣的節(jié)圓直徑處和齒根部位的滲層金相組織，當(dāng)專用技術(shù)文件或圖樣另有規(guī)定時，按專用技術(shù)文件或圖樣規(guī)定進行檢驗。5.1.1.6本標(biāo)準、技術(shù)文件或圖樣無特別規(guī)定時，滲層最終表面允許有厚度不大于0.025mm的白亮層。5.1.2分級與評定原則5.1.2.1檢驗試樣的滲層金相組織分級與評定應(yīng)依據(jù)本標(biāo)準給出的相同類別鋼的分級圖片和規(guī)定進行；專用技術(shù)文件或圖樣另有規(guī)定的，按專用技術(shù)文件或圖樣執(zhí)行。5.1.2.2檢驗試樣的金相組織的分級與評定應(yīng)按以下一般原則進行：a)當(dāng)檢驗試樣的金相組織形貌在標(biāo)準給出的同類別鋼金相組織圖片中找不到完全一一對應(yīng)的組織圖片時，以同類別鋼最接近的金相組織形貌圖片為參照圖片進行分級與評定；b)當(dāng)檢驗試樣的金相組織形貌介于兩種組織級別之間時，可評定該檢驗試樣的金相組織級別為某級～某級，示例：當(dāng)某試樣金相組織形貌級別介于2級、3級之間時，該試樣的金相組織評定為2級~3級；c)半連續(xù)波紋狀（或稱脈狀）氮化物與半連續(xù)（未形成閉合狀態(tài)）網(wǎng)狀氮化物屬于同一級別氮化物形態(tài)，同類別鋼可相互參照分級，本標(biāo)準或?qū)Ｓ眉夹g(shù)文件無特別規(guī)定時評定為合格；d)連續(xù)波紋狀（或稱脈狀）氮化物與連續(xù)網(wǎng)狀（包括局部網(wǎng)狀）氮化物屬于同一級別氮化物形態(tài)，同類別鋼可相互參照分級并評定為不合格；e)限于圖片的規(guī)格尺寸，某些較深的滲層金相組織形貌并未完全在相應(yīng)的圖片中顯示出來，當(dāng)檢驗觀察到試樣滲層次表層或更深層處的金相組織出現(xiàn)本標(biāo)準規(guī)定不允許的氮化物（氮3HB5022-××××碳化物）形貌時，應(yīng)按本標(biāo)準規(guī)定進行分級并評定為不合格；f)凡滲氮層出現(xiàn)不可加工完全去除的裂紋、沿晶析出的異常條帶狀組織、半脫碳或全脫碳層及技術(shù)文件規(guī)定不允許的其它組織缺陷時，應(yīng)評定為不合格。5.2低合金鋼制件滲氮、氮碳共滲金相組織分級與評定5.2.1滲前的基體金相組織5.2.1.1低合金鋼滲前經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的基體金相組織應(yīng)為回火索氏體；允許有少量鐵素體，其含量應(yīng)小于整個視場的5不允許有大塊鐵素體和粗大的索氏體。5.2.1.2按圖1分級圖進行分級與評定，HB5013規(guī)定的ⅠN類零件1級～3級為合格，4級～8級為不合格；ⅡN類零件1級～5級為合格，6級～8級為不合格；對熱處理時最大截面厚度大于或等于25mm的38CrMoAlA鋼零件1級～6級為合格，7級～8級為不合格；當(dāng)組織出現(xiàn)圖1中8級圖的大塊狀鐵素體時，即使數(shù)量少于8級圖片所示或含量不超過整個視場的5應(yīng)評定為不合格。a）1級索氏體+細碳化物b）2級圖1低合金鋼調(diào)質(zhì)處理后的基體金相組織評級圖片4HB5022-××××c）3級索氏體+貝氏體d）45.2.2滲后的滲層金相組織5HB5022-××××5.2.2.1低合金鋼滲后的滲層金相組織應(yīng)是氮化索氏體加適當(dāng)形態(tài)與適當(dāng)分布的氮化物（氮碳化物允許有細條狀、半連續(xù)的波紋狀和/或半網(wǎng)狀氮化物（氮碳化物）。5.2.2.2按圖2的分級圖分級與評定，1級～5級為合格，6級~9級為不合格。a）1級氮化索氏體b）2級氮c）3級氮化索氏體+氮化物+白層d）4級氮化索氏體+半圖2低合金鋼滲層金相組織評級圖6HB5022-××××注：5級a）圖顯示的是滲層表層的波紋狀氮化物形態(tài)，5級b）圖顯示的是滲層次表層及較深處的較細半網(wǎng)狀圖2（續(xù)）7HB5022-××××圖2（續(xù)）5.313Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）鋼制件滲氮、氮碳共滲金相組織分級與評定5.3.1滲前的基體金相組織5.3.1.1鋼經(jīng)淬火+冷處理+回火后的基體組織應(yīng)為回火馬氏體組織，在放大500倍下觀察，鐵素體8HB5022-××××應(yīng)不可見。粗大馬氏體易促成不良氮化物（氮碳化物）形態(tài)的形成，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)。5.3.1.2按圖3分級圖進行分級與評定。1級～3級為合格，4級為不合格。a）1級馬氏體c）3級粗大馬氏體d）4級馬氏體圖313Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）鋼滲前的基體組織評級圖5.3.2滲后的滲層金相組織5.3.2.1鋼滲后的滲層金相組織應(yīng)是氮化馬氏體加顆粒狀彌散分布的化合物（合金元素的氮化物、9HB5022-××××氮碳化物允許有細條狀和半連續(xù)波紋狀氮化物；當(dāng)滲層工作面為齒面時，不允許有白亮層。5.3.2.2按照圖4分級圖進行分級與評定，齒輪件1級～3級為合格，4級～6級為不合格；其他件1級～4級為合格，5～6級為不合格。a）1級氮化馬氏體b）2級c）3級氮化馬氏體+半連續(xù)波紋狀氮化物d）4級氮化馬氏體+半連續(xù)波紋圖413Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）滲層金相組織評級圖HB5022-××××g）6級b）氮化馬氏體+較粗大連續(xù)圖4（續(xù)）5.4Cr13型馬氏體不銹鋼制件滲氮金相組織分級與評定HB5022-××××5.4.1滲前的基體金相組織5.4.1.1Cr13型馬氏體不銹鋼滲前經(jīng)淬火+冷處理（工藝要求或必要時）+高溫回火后的基體金相組織應(yīng)為回火索氏體，允許有少量且細小鐵素體，其含量不超過整個視場的2%,不允許有粗大的索氏體和大塊狀鐵素體。5.4.1.2按圖5分級圖進行分級與評級。1級～3級合格，4級不合格。a）1級索氏體c）3級較粗索氏體d）4級圖5Cr13型馬氏體不銹鋼滲前的基體組織評級圖HB5022-××××5.4.2滲后的滲層金相組織5.4.2.1鋼滲后的滲層金相組織應(yīng)為氮化索氏體、氮化索氏體+適當(dāng)分布的化合物（即：合金元素的氮化物或氮碳化物）。允許有半連續(xù)波紋狀、珠鏈狀和半網(wǎng)狀氮化物。5.4.2.2按圖6分級圖進行分級與評定。1級～5級為合格，6級～8級為不合格。a）1級氮化索氏體+彌散分布細顆粒狀化合物b）2級氮化索氏體+c）3級氮化索氏體+半連續(xù)波紋狀（半網(wǎng)狀）化合物d）4級氮化索氏體+珠鏈狀圖6Cr13型馬氏體不銹鋼滲層金相組織評級圖HB5022-××××g）7級氮化索氏體+連續(xù)網(wǎng)狀（波紋狀）化合物h）8級氮化索氏體+連續(xù)網(wǎng)圖6（續(xù)）5.5Cr11/Cr12型馬氏體熱強不銹鋼滲氮、氮碳共滲金相組織分級與評定5.5.1滲前的基體金相組織5.5.1.1Cr11/Cr12型馬氏體熱強不銹鋼滲前經(jīng)淬火+冷處理（規(guī)定時或必要時）+高溫回火處理后HB5022-××××的金相組織應(yīng)為馬氏體組織，在放大500倍下觀察,鐵素體應(yīng)不可見，除非專用技術(shù)文件或圖樣另有規(guī)定。5.5.1.2按圖7分級圖進行分級與評定。1級～3級為合格，4級圖顯示的粗大馬氏體在其晶粒度符合HB/Z79規(guī)定的不低于6級的條件下，當(dāng)該粗大組織在整個視場的面積不超過10％時，4級為合格，否則為不合格。c）3級較粗馬氏體d）4圖7Cr11/Cr12型馬氏體熱強不銹鋼滲前的基體金相組織評級圖HB5022-××××5.5.2滲后的滲層金相組織5.5.2.1鋼滲后的滲層金相組織應(yīng)為氮化馬氏體+適當(dāng)分布的化合物（合金元素的氮化物或氮碳化物）。允許有半連續(xù)波紋狀、半連續(xù)網(wǎng)狀氮化物。5.5.2.2按圖8分級圖分級與評定。1級～4級為合格，5級～6級為不合格。a）1級氮化馬氏體b）2級氮化馬氏體+少量彌c）3級氮化馬氏體+少量化合物+白d）4級氮化馬氏體+半連續(xù)波紋圖8Cr11/Cr12馬氏體型熱強不銹鋼滲層金相組織評級圖HB5022-××××圖8（續(xù)）5.64Cr14Ni14W2Mo奧氏體不銹鋼滲氮金相組織分級與評定5.6.1滲前的基體金相組織5.6.1.1鋼滲前經(jīng)固溶+回火處理后的基體組織應(yīng)為奧氏體晶粒+合金元素（Cr、W、Mo）的碳化物。不允許出現(xiàn)粗大晶粒、變形晶粒和變形黑晶粒組織。5.6.1.2按圖9分級圖進行分級與評定。1級～4級為合格（2級圖為界限晶粒度5級～8級為不合格。圖94Cr14Ni14W2Mo鋼滲前的基體組織評級圖HB5022-××××c）3級奧氏體晶粒+少量欒晶+碳化物200×e）5級奧氏體粗晶粒+碳化物200×圖9（續(xù)）HB5022-××××圖9（續(xù)）5.6.2滲后的滲層金相組織5.6.2.1鋼滲后的滲層金相組織應(yīng)為氮化奧氏體晶粒、氮化奧氏體晶粒+彌散分布的化合物（合金元素的氮化物或氮碳化合物）。允許有輕微半連續(xù)波紋狀、珠鏈狀和半網(wǎng)狀化合物。5.6.2.2按圖10分級圖進行分級與評定。1級～2級為合格，3級為不合格。a）1級氮化奧氏體晶粒+彌散分布的細顆粒狀化合物b）2級氮化奧氏體晶粒+適當(dāng)分布圖104Cr14Ni14W2Mo鋼滲氮層金相組織評級圖HB5022-××××5.7馬氏體型沉淀硬化不銹鋼滲氮金相組織分級與評定5.7.1滲前的基體金相組織5.7.1.1馬氏體型沉淀硬化不銹鋼滲前經(jīng)固溶+時效處理后的組織應(yīng)為低碳馬氏體時效組織，或馬氏體時效組織+碳化物，不允許有塊狀鐵素體和粗大的馬氏體。5.7.1.2按圖11分級圖進行分級與評定。1級～3級為合格，4級～6級為不合格。圖11馬氏體型沉淀硬化鋼滲前的基體金相組織分級圖HB5022-××××e）5級馬氏體+塊狀鐵素體f）6級馬氏體+5.7.2滲后的滲層金相組織5.7.2.1鋼滲后的滲層金相組織應(yīng)為氮化馬氏體＋適當(dāng)分布的化合物（合金元素的氮化物或氮碳化物允許有半連續(xù)的波紋狀、半網(wǎng)狀化合物。5.7.2.2按圖12對滲層金相組織進行分級與評定。1級～4級為合格，5級～7級為不合格。其中HB5022-××××4級圖放大倍數(shù)為200×。a）1級氮化馬氏體b）2級氮化馬氏體c）3級氮化馬氏體+彌散分布顆粒狀化合物圖12馬氏體型沉淀硬化鋼滲層金相組織評級圖HB5022-××××注：5級a）、5級b）圖顯示的為滲層不同化合物形貌的同一滲層金相組織級別，兩者化合物形貌共同特征是圖12（續(xù)）HB5022-××××h）7級a）氮化馬氏體+次表層較深處的網(wǎng)狀化合物+白層i）7級b）由次表層延續(xù)至過5.818Ni系列馬氏體時效鋼滲氮金相組織分級與評定5.8.1滲前的基體金相組織5.8.1.118Ni系列馬氏體時效鋼滲前經(jīng)固溶+時效處理后的基體組織應(yīng)為低碳馬氏體，允許有合金元素的化合物；在放大500倍下觀察，鐵素體應(yīng)不可見。5.8.1.2按圖13分級圖進行分級與評定。1級～3級為合格，4級為不合格。HB5022-××××a）1級較細低碳馬氏體c）3級較粗低碳馬氏體d）4級圖1318Ni系列鋼滲氮前的基體金相組織評級圖5.8.2滲后的滲層金相組織5.8.2.1鋼滲后的滲層金相組織應(yīng)為氮化馬氏體加適當(dāng)分布的氮化物，允許有細條角狀、半連續(xù)波紋狀氮化物。5.8.2.2按圖14分級圖進行分級與評定。1級～4級為合格，5級為不合格。HB5022-××××a）1級氮化馬氏體+極少量顆粒狀氮化物b）2級氮化馬氏c）3級氮化馬氏體+彌散分布氮化物+白層d）4級氮化馬氏體+細條角圖1418Ni系列鋼滲氮層金相組織評級圖HB5022-××××6滲氮層脆性分級與評定6.1分級圖滲氮層脆性級別按維氏硬度壓痕邊角碎裂程度分為5級，見表1。表1中壓痕形貌對應(yīng)的脆性級別是按試驗力98.07N（10kgf）規(guī)定的，若使用專用技術(shù)文件規(guī)定的或協(xié)商的其他試驗力，應(yīng)根據(jù)壓痕形貌按表2進行脆性級別換算。表1滲氮層脆性級別裂裂HB5022-××××裂裂6.2檢驗規(guī)定6.2.1經(jīng)氣體滲氮、離子滲氮的零件，必須進行滲層表面脆性檢驗，并按本標(biāo)準規(guī)定進行分級與評定。專用技術(shù)文件另有規(guī)定時，按專用技術(shù)文件執(zhí)行。6.2.2對于滲后留有磨削量的零件，也可在磨去加工余量的滲層表面測定。當(dāng)滲層表面磨削量足以去除白亮層時，可不做脆性檢驗。6.3試驗方法與評定規(guī)定6.3.1滲層表面脆性檢驗應(yīng)在零件工作部位表面或隨爐脆性試樣的表面進行，采用維氏硬度計進行脆性試驗，壓頭應(yīng)與滲層檢驗面保持垂直，試驗力規(guī)定用98.07N（10kgf），加載必須緩慢，一般應(yīng)在5s～10s內(nèi)完成，加載后停留5s～10s，然后卸載。特殊情況下，經(jīng)雙方協(xié)商，亦可以采用49.03N（5kgf）或294.21N（30kgf）的試驗力，但應(yīng)按表2進行換算。表2壓痕級別換算1234512344234556.3.2每件試樣至少測定三點維氏硬度，在放大100倍下進行觀察檢查壓痕形貌，其中兩點或以上壓痕形貌處于相同級別才能定級，否則，需重復(fù)測定一次。其他應(yīng)符合GB/T4340.1規(guī)定。6.3.3按表1給出的壓痕形貌和分級規(guī)定分級，ⅠN、ⅡN類零件1～2