Определение глубины упрочнённого слоя: сравнение металлографического метода и метода измерения твёрдости

Детали с поверхностным упрочнением — цементацией, азотированием — требуют определения глубины упрочнённого слоя для подтверждения технологии. Применяют два метода — металлографический и метод измерения твёрдости: слой определяют соответственно по изменению структуры или по градиенту твёрдости; их области применения и критерии различаются, и метод выбирают по стандарту на изделие.

Метод измерения твёрдости

Метод основан на градиенте твёрдости, измеренном на поперечном сечении в направлении, перпендикулярном поверхности. Для цементированных и закалённых деталей по GB/T 9450 за эффективную глубину упрочнённого слоя (CHD) принимают расстояние по нормали от поверхности до точки с твёрдостью 550 HV (или до согласованного предельного значения). На полированном сечении последовательно измеряют микротвёрдость; нагрузку выбирают по глубине слоя и структуре (обычно HV1), глубину слоя находят интерполяцией по кривой «твёрдость — глубина». Метод объективен и хорошо воспроизводим, является базовым для арбитражных и штатных испытаний.

Металлографический метод

Металлографический метод измеряет глубину слоя по изменению структуры на протравленном сечении: например, для цементированных деталей после медленного охлаждения за глубину принимают заэвтектоидный слой плюс эвтектоидный плюс половина переходной зоны. Метод быстр и удобен для экспресс-оценки непосредственно у печи, но зависит от условий охлаждения и опыта интерпретации и уступает по точности методу твёрдости. В закалённом состоянии границей часто считают место заметного изменения мартенситной структуры; такой результат — только ориентировочный.

Определение слоя азотирования

Глубину азотированного слоя определяют по GB/T 11354: металлографически — по границе структур белого слоя и диффузионной зоны после травления; по твёрдости — на уровне на 50 HV выше твёрдости сердцевины (согласованное значение может отличаться). Азотированный слой тонкий, градиент твёрдости крутой: применяйте меньшие нагрузки и обеспечьте перпендикулярность сечения к поверхности, наклонное сечение завышает показания глубины. При приготовлении защищайте кромку, чтобы её скругление не исказило точность приповерхностных отпечатков.

Практические рекомендации

• Глубину цементированного закалённого слоя определяйте по GB/T 9450 — методом твёрдости по пределу 550 HV.
• Слой азотирования — по GB/T 11354: по твёрдости граница на уровне сердцевина + 50 HV.
• Металлографический метод — для быстрой оценки; при разногласиях арбитраж — по твёрдости.
• Сечение должно быть перпендикулярно поверхности и хорошо отполировано; окончательное решение — по стандарту на изделие и регламенту работ.