裏氏硬度計在熱處理行業中的應用

裏氏硬度計在熱處理行業(ye) 中的應用

熱處理是提高和保證機械產(chan) 品質量及可靠性、提高製造業(ye) 市場競爭(zheng) 力的重要基礎之一，其行業(ye) 水平的高低對製造業(ye) 發展起著舉(ju) 足輕重的作用。目前，我國的熱處理行業(ye) 除了少數廠家外，總體(ti) 水平遠不能適應加入WTO後熱處理行業(ye) 麵臨(lin) 的更激烈的市場競爭(zheng) 環境。在這其中，我國的熱處理檢測設備更為(wei) 落後。嚴(yan) 重的限製和阻礙了工藝技術的發展和造成產(chan) 品質量的不穩定，更重要的是不能有效的防止產(chan) 品出現不必要的質量事故。下麵我就機械零件、工模具熱處理後*常用的硬度測試來舉(ju) 例。

    硬度是衡量金屬材料軟硬的一個(ge) 指標，硬度值實際上不是一個(ge) 單位的物理量，它是表征著材料的彈性、塑性、形變、強化率、強度和韌性等一係列不同物理量組合的一種綜合性能指標，一般可以認為(wei) 硬度是指金屬表麵上不大體(ti) 積內(nei) 抵抗變形破裂的能力。采用便攜式裏氏硬度計進行硬度檢測的實用價(jia) 值在於(yu) 不必破壞工件並可成批檢驗零件，已成為(wei) 產(chan) 品質量檢查、製定合理工藝和分析產(chan) 品質量的重要實驗方法之一。

    我一直工作在熱處理的生產(chan) 現場，根據對裏氏硬度計的使用狀況與(yu) 使用方式，我認為(wei) 裏氏硬度計是壓入和回跳硬度值組合的一種測試方式，從(cong) 結構上有它*而又廣泛的實用性，尤其是測試大中型尺寸而且形狀複雜的工件及工模具的硬度值與(yu) 失效分析，具有其他類型硬度計不可替代的優(you) 勢。
結構件及模具檢測實際使用情況

一、用裏氏硬度計測試硬度來分析、驗證大型齒軸、內(nei) 齒圈預處理工藝及滲碳淬火工藝的方法：
1、預處理工藝後測試

    這道工藝操作後的質量直接影響滲碳工藝操作後齒軸、內(nei) 齒圈滲碳層硬度分布的均勻性、齒部的變形量。更重要的是芯部的強度（未滲層）。當用裏氏硬度計測試齒軸的齒部及柄部、內(nei) 齒圈的外圓內(nei) 徑及端麵，如果發現測試的同一區域硬度*高和*低的相差較大，在審查儀(yi) 表爐溫、裝爐方式、工藝冷卻方式都正常的前提條件下，就可根據硬度值高低差值及分布的狀況，推斷出工件內(nei) 組織存在著偏析或帶狀組織。如金相圖片顯示的帶狀偏析

     因為(wei) 用硬度法測試的實況是測試點在黑色的珠光體(ti) 帶硬度偏高，在白色鐵素體(ti) 帶硬度偏低。這種組織缺陷在隨後的滲碳淬火工藝操作中是不可能消除，而是被保留下來。一旦大型齒軸、內(nei) 齒圈存在這種組織缺陷，在裝機使用時不僅(jin) 會(hui) 造成使用壽命短的問題，而且常造成重大設備事故。當我們(men) 通過測試硬度法可推斷出鍛件中有這種帶狀偏析後，立即采用固溶處理工藝操作或其他消除帶狀偏析的工藝即可消除缺陷，從(cong) 而防止設備事故的發生、減少損失。
2、滲碳工藝後測試

    這道工藝氏齒軸與(yu) 內(nei) 齒圈的*終熱處理工藝，通常檢驗人員隻對試樣測試HRC硬度，如圖：

    然後再切開試樣做金相分析：滲層馬氏體(ti) 級別、碳化物級別、形態分布、殘餘(yu) 奧氏體(ti) 量形態、心部馬氏體(ti) 級別，再用顯微硬度計測試滲層從(cong) 表層至HV550硬度為(wei) 深層深度以上操作作為(wei) 終檢。但從(cong) 現場發生齒軸早期失效斷軸，齒部嚴(yan) 重磨損的事故分析中發現，實物的硬度低於(yu) 試樣的硬度，尤其常常出現在深層滲碳時，原因是實物齒軸、內(nei) 齒圈與(yu) 試樣不是同塊料上截取下來的，也不是同一爐所做的預處理。這樣在實物與(yu) 試樣滲前原始組織不同，滲後的組織與(yu) 硬度有一定差異，更主要的是在整個(ge) 滲碳工藝操作中，由於(yu) 工件的擺放及滲碳表麵積巨大的差異（化學熱處理吸收過程的相界麵反應及主要因素中有一條滲入介質各組分的濃度與(yu) 工件表麵狀態、表麵形狀、表麵積大小及表麵能量對化學熱處理過程有極其重要的影響）把裏氏硬度計測試出的硬度與(yu) 試樣上洛氏硬度計及顯微硬度計測試出的硬度相比較、加之對試樣滲層的金相組織分析結合起來，就可較快而準確的找出產(chan) 生質量問題的原因。加之作必要的工藝調整，可在工件組裝前就把事故隱患消除。
二、用裏氏硬度計測試硬度來分析、驗證中大型複雜結構模具工藝，

    這是一支用馬氏體(ti) 不鏽鋼所製作的飼料模具，主要用於(yu) 生產(chan) 飼料。模具上有10000～27000個(ge) 孔，每小時有10噸的混合飼料粉狀物從(cong) 模孔區擠出成為(wei) 顆粒狀。所以環模質量與(yu) 使用壽命的關(guan) 鍵控製點是環模上模孔區的硬度與(yu) 滲層。以下是模孔磨損的實物圖片：

    由於(yu) 模具尺寸大，而且模孔分布在外圓上，測試點是個(ge) 曲麵，孔與(yu) 孔之間的間距一般有3～4mm，在這種條件下正好發揮了裏氏硬度計的多樣適用性與(yu) 小巧攜帶方便的特點，能夠準確的測試出模孔處實際硬度。根據實測的硬度以及對試塊所作的金相分析，可更合理的修正和製定工藝，充分發揮材料潛力，提高使用壽命。如環模一小時出10噸飼料，當延長10小時使用壽命就可出100噸飼料，會(hui) 給企業(ye) 帶來巨大的經濟效益。
三、工模具失效分析中裏氏硬度計的作用
材質5CrMnMo大型熱鍛模具在使用中常因為(wei) 型腔早期磨損、塌陷而失效。如下圖：

    當用裏氏硬度計對磨損區測試硬度時發現磨削的硬度值低於(yu) 未使用前測試的硬度（38～42HRC）在32～34HRC範圍。這就說明在紅熱的毛坯（>10000C）對型腔加熱的**階段（毛坯在型腔加熱大體(ti) 可分為(wei) 四個(ge) 階段）,受熱量大約在80％～85％時，因模腔壁厚散熱慢，某些點區溫度高達6500C以上。當模具型腔因傳(chuan) 導受熱後溫度超過模具回火溫度，模具在工作過程中是處在繼續回火過程階段，將繼續發生組織與(yu) 性能的變化，就造成了磨損區硬度值的降低而發生熱磨損，就表明5CrMnMo這種熱作模具鋼不適宜做大型模具。當選用600～6500C溫區內(nei) 服役的熱作模具如3Cr2W8V，3Cr3Mo3VNb這類熱穩定性、熱強性、屈服強度的熱作模具鋼比采用5CrMnMo更適宜。

    在中國這個(ge) 工業(ye) 化進程還遠沒有完成的情況下，迫切需要努力縮短與(yu) *製造水平的差距，作為(wei) 企業(ye) 必須從(cong) 戰略高度上來認識到熱處理行業(ye) ，不僅(jin) 從(cong) 設備、工藝，尤其是檢測設備急需要不斷吸取國內(nei) 外新技術，更要看在熱處理企業(ye) 中實際生產(chan) 應用的情況。這才是一個(ge) 非常明智的舉(ju) 措，因為(wei) 在加入WTO後按世貿規則有五年過渡期，對我國製造業(ye) 而言，這是一個(ge) 非常關(guan) 鍵的時期，之所以說是關(guan) 鍵是因為(wei) 過渡期後我國製造業(ye) 企業(ye) 基本上將處於(yu) 國外大公司同等競爭(zheng) 地位，而且在這過渡期中，我們(men) 尚可充分準備提升競爭(zheng) 力，所以這是對企業(ye) 非常緊迫的要求。