Согласно определению ISO 2639 и GB/T 9450-2005 (китайский национальный стандарт), эффективная глубина упрочненного слоя представляет собой перпендикулярное расстояние от поверхности детали до точки, где твердость по Виккерсу достигает заданной предельной твердости (обычно 550 HV для цементованных деталей и 400 HV для азотированных), измеряемое в миллиметрах (мм). Она отличается от общей глубины упрочненного слоя (расстояния от поверхности до точки, где твердость равна твердости сердцевины). Эффективная глубина упрочненного слоя фокусируется на несущем слое, необходимом для фактической эксплуатации:
Для цементованных и закаленных деталей предельная твердость единообразно составляет 550 HV (испытательная нагрузка обычно HV1 или HV0,5), что является критической несущей твердостью для сталей в условиях переменных нагрузок и износа.
Для азотированных деталей предельная твердость обычно составляет 400 HV, что соответствует высокой твердости и малой глубине азотированных слоев.
Допускается индивидуальная предельная твердость по чертежу для особых условий: до 600 HV для деталей с высокими нагрузками, до 500 HV для деталей с легкими нагрузками.
Подготовка образца и оценка результатов
Испытание эффективной глубины упрочненного слоя основано на испытании твердости по Виккерсу и следует стандартизированному рабочему процессу:
Подготовка образца → Испытание твердости → Обработка данных → Оценка результатов
Каждый этап напрямую влияет на точность измерений.1.Подготовка образца: Основа точности испытаний
Цель — обеспечить плоское поперечное сечение без термических повреждений и деформаций, чтобы избежать отклонений твердости:
Отбор проб: Резать перпендикулярно поверхности, чтобы включить полный упрочненный слой и сердцевину; места отбора проб должны соответствовать чертежам (например, сечения с максимальными напряжениями, критические сопрягаемые поверхности).
Резка: Предпочтительно использовать электроэрозионную резку, чтобы избежать термических повреждений от абразивного круга, вызывающих аномальную твердость.
Шлифовка и полировка: Последовательно шлифовать наждачной бумагой зернистостью 180#, 400#, 800#, 1200#, 2000#, затем полировать алмазной пастой для устранения царапин, закругления краев и искажений.
Травление (опционально): Травить 4% ниталом (азотная кислота–спирт) для четкого различения упрочненного слоя и сердцевины, что помогает позиционированию начальной точки испытания и избегает смещения поверхности.
2.Испытание твердости: Ядро сбора данных
Испытание твердости по Виккерсу генерирует данные градиента твердости по глубине и должно строго следовать стандартам:
Оборудование: Использовать автоматический твердомер по Виккерсу. Выбирать испытательную нагрузку в зависимости от глубины упрочненного слоя: HV1 (1 кгс) для цементованных слоев, HV0,1 (0,1 кгс) для азотированных слоев, чтобы размер отпечатка соответствовал глубине слоя.
Траектория испытания: Начинать с поверхности (точка 0), наносить отпечатки через равные интервалы по направлению глубины (обычно 0,05 мм–0,1 мм).Покрытие от зоны высокой твердости на поверхности до стабильной твердости сердцевины.
Правило вдавливания: Расстояние между центрами соседних отпечатков ≥ 3× длины диагонали отпечатка для предотвращения взаимного влияния и завышенных показаний. Множественные образцы: при серийном производстве тестируйте не менее 3 параллельных образцов на партию; используйте среднее значение как окончательный результат для уменьшения погрешности одного образца.
3. Обработка данных: Построение кривой и расчет глубины слоя
После тестирования обработайте данные для построения кривой градиента твердости и вычисления эффективной глубины слоя:
Организация данных: Запишите твердость по Виккерсу на каждой глубине, чтобы сформировать таблицу глубина-твердость.
Построение кривой: Постройте линейный график глубина-твердость с глубиной (мм) по оси X и твердостью (HV) по оси Y, чтобы показать тенденцию снижения твердости от поверхности к сердцевине.
Расчет глубины слоя: Найдите глубину, соответствующую предельному значению твердости (например, 550 HV), с помощью линейной интерполяции; это значение является эффективной глубиной слоя.
Пример:
Если твердость на глубине 0,20 мм составляет 588 HV, а на глубине 0,25 мм — 422 HV:
Эффективная глубина слоя для 550 HV:
0,20+(0,25−0,20)× 588−550588−422≈0,21 мм
Оценка результата: Сравните рассчитанное значение с требованием чертежа (например, 0,10–0,25 мм), чтобы определить соответствие процесса.
