《航空钢制件渗氮、氮碳共渗金相组织分级与评定》

1HB5022-××××航空钢制件渗氮、氮碳共渗金相组织分级与评定本文件规定了航空钢制件渗氮、氮碳共渗金相组织检验的试样与制备要求、金相组织分级与评定等。本文件适用于HB/Z79、HB/Z20023中规定的航空钢制件及13Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）复杂合金钢、Cr11/Cr12马氏体型热强不锈钢、马氏体沉淀硬化不锈钢及18Ni系列马氏体时效钢制件的渗氮、氮碳共渗金相组织的检验，其他牌号材料及其制件当适用时可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4340.1金属材料维氏硬度试验第1部分试验方法HB5013热处理零件检验类别HB5354热处理工艺质量控制HB/Z79航空结构钢及不锈钢渗氮工艺说明书HB/Z20023航空钢制件离子渗氮、离子氮碳共渗工艺3术语和定义4试样及制备要求4.1试样要求4.1.1金相组织检验用试样应从零件工作面处切取，也可用与零件的材料、热处理条件、表面粗糙度相同，并经同炉渗氮处理，相似于零件工作面的随炉试样，并应符合HB5354规定。对于规格小的零件可以直接使用零件做检验样件。4.1.2对齿或花键部位进行渗氮、氮碳共渗时，金相组织检验应使用齿形相同的试样，并应符合HB5354规定。4.1.3凡不适宜或不允许在零件渗氮工作表面进行脆性检验的，均允许使用专用的随炉脆性检验试样。4.2制备要求4.2.1按4.1.1.3规定的检验面进行检验试样制备。制备试样时，应防止试样检验面产生过热及边缘倒圆；应特别注意防止在切割、镶嵌及磨制试样过程中由于方法或操作不当而导致渗层检验面产生裂纹或剥落。采用线切割加工方法切取的试样，磨制时应确保完全磨去线切割造成的热影响区。2HB5022-××××4.2.2用于检验渗层表面脆性的零件或试样，表面粗糙度应不大于Ra0.40μm，当表面粗糙度不满足检验要求时，可以适当研磨，但不允许把化合物层（脆性层）磨掉，零件渗层工作面预留的加工余量超过化合物层（脆性层）时除外。4.2.3应根据钢的类别（或牌号）采用适用的腐蚀溶液（侵蚀剂）对金相检验试样的检验面进行侵蚀，并应防止因选用侵蚀剂不当或侵蚀过度而造成试样渗层或基体的晶界组织腐蚀损伤。金相检验试样用腐蚀溶液配方参见附录A。5金相组织分级与评定5.1通则5.1.1检验原则5.1.1.1本标准是针对渗氮、氮碳共渗成品零件而言，检验半成品件时应考虑制件的表面加工余量（即，应扣除工艺规定的渗层表面加工余量值）。5.1.1.2制件渗氮、氮碳共渗前（简称渗前）的热处理状态应为最终热处理状态，制件最终热处理后的基体金相组织应符合本标准规定，晶粒度应满足HB/Z79要求。一般不检验渗氮、氮碳共渗后（简称渗后）的试样心部金相组织，当技术文件有规定时或必要时应检验渗后的心部金相组织且不得劣于制件渗前的基体组织。5.1.1.3渗层金相组织检验面应是渗后零件的实际工作面（或代表实际工作面的试样表面）的垂直5.1.1.4渗前的基体金相组织和渗后的渗层金相组织均在金相显微镜下放大500倍进行观察，渗后的渗层组织取规定检验部位的最差视场进行检验。本标准中除特别指出和标注的，所有金相组织（含疏松层）分级与评定图片放大倍数均为500倍。5.1.1.5对齿或花键部位进行渗氮、氮碳共渗时，渗后的金相组织检验一般只检查渗氮齿样的节圆直径处和齿根部位的渗层金相组织，当专用技术文件或图样另有规定时，按专用技术文件或图样规定进行检验。5.1.1.6本标准、技术文件或图样无特别规定时，渗层最终表面允许有厚度不大于0.025mm的白亮层。5.1.2分级与评定原则5.1.2.1检验试样的渗层金相组织分级与评定应依据本标准给出的相同类别钢的分级图片和规定进行；专用技术文件或图样另有规定的，按专用技术文件或图样执行。5.1.2.2检验试样的金相组织的分级与评定应按以下一般原则进行：a)当检验试样的金相组织形貌在标准给出的同类别钢金相组织图片中找不到完全一一对应的组织图片时，以同类别钢最接近的金相组织形貌图片为参照图片进行分级与评定；b)当检验试样的金相组织形貌介于两种组织级别之间时，可评定该检验试样的金相组织级别为某级～某级，示例：当某试样金相组织形貌级别介于2级、3级之间时，该试样的金相组织评定为2级~3级；c)半连续波纹状（或称脉状）氮化物与半连续（未形成闭合状态）网状氮化物属于同一级别氮化物形态，同类别钢可相互参照分级，本标准或专用技术文件无特别规定时评定为合格；d)连续波纹状（或称脉状）氮化物与连续网状（包括局部网状）氮化物属于同一级别氮化物形态，同类别钢可相互参照分级并评定为不合格；e)限于图片的规格尺寸，某些较深的渗层金相组织形貌并未完全在相应的图片中显示出来，当检验观察到试样渗层次表层或更深层处的金相组织出现本标准规定不允许的氮化物（氮3HB5022-××××碳化物）形貌时，应按本标准规定进行分级并评定为不合格；f)凡渗氮层出现不可加工完全去除的裂纹、沿晶析出的异常条带状组织、半脱碳或全脱碳层及技术文件规定不允许的其它组织缺陷时，应评定为不合格。5.2低合金钢制件渗氮、氮碳共渗金相组织分级与评定5.2.1渗前的基体金相组织5.2.1.1低合金钢渗前经调质处理后的基体金相组织应为回火索氏体；允许有少量铁素体，其含量应小于整个视场的5不允许有大块铁素体和粗大的索氏体。5.2.1.2按图1分级图进行分级与评定，HB5013规定的ⅠN类零件1级～3级为合格，4级～8级为不合格；ⅡN类零件1级～5级为合格，6级～8级为不合格；对热处理时最大截面厚度大于或等于25mm的38CrMoAlA钢零件1级～6级为合格，7级～8级为不合格；当组织出现图1中8级图的大块状铁素体时，即使数量少于8级图片所示或含量不超过整个视场的5应评定为不合格。a）1级索氏体+细碳化物b）2级图1低合金钢调质处理后的基体金相组织评级图片4HB5022-××××c）3级索氏体+贝氏体d）45.2.2渗后的渗层金相组织5HB5022-××××5.2.2.1低合金钢渗后的渗层金相组织应是氮化索氏体加适当形态与适当分布的氮化物（氮碳化物允许有细条状、半连续的波纹状和/或半网状氮化物（氮碳化物）。5.2.2.2按图2的分级图分级与评定，1级～5级为合格，6级~9级为不合格。a）1级氮化索氏体b）2级氮c）3级氮化索氏体+氮化物+白层d）4级氮化索氏体+半图2低合金钢渗层金相组织评级图6HB5022-××××注：5级a）图显示的是渗层表层的波纹状氮化物形态，5级b）图显示的是渗层次表层及较深处的较细半网状图2（续）7HB5022-××××图2（续）5.313Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）钢制件渗氮、氮碳共渗金相组织分级与评定5.3.1渗前的基体金相组织5.3.1.1钢经淬火+冷处理+回火后的基体组织应为回火马氏体组织，在放大500倍下观察，铁素体8HB5022-××××应不可见。粗大马氏体易促成不良氮化物（氮碳化物）形态的形成，应尽量避免出现。5.3.1.2按图3分级图进行分级与评定。1级～3级为合格，4级为不合格。a）1级马氏体c）3级粗大马氏体d）4级马氏体图313Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）钢渗前的基体组织评级图5.3.2渗后的渗层金相组织5.3.2.1钢渗后的渗层金相组织应是氮化马氏体加颗粒状弥散分布的化合物（合金元素的氮化物、9HB5022-××××氮碳化物允许有细条状和半连续波纹状氮化物；当渗层工作面为齿面时，不允许有白亮层。5.3.2.2按照图4分级图进行分级与评定，齿轮件1级～3级为合格，4级～6级为不合格；其他件1级～4级为合格，5～6级为不合格。a）1级氮化马氏体b）2级c）3级氮化马氏体+半连续波纹状氮化物d）4级氮化马氏体+半连续波纹图413Cr4Mo4Ni4VA（M50NiL）渗层金相组织评级图HB5022-××××g）6级b）氮化马氏体+较粗大连续图4（续）5.4Cr13型马氏体不锈钢制件渗氮金相组织分级与评定HB5022-××××5.4.1渗前的基体金相组织5.4.1.1Cr13型马氏体不锈钢渗前经淬火+冷处理（工艺要求或必要时）+高温回火后的基体金相组织应为回火索氏体，允许有少量且细小铁素体，其含量不超过整个视场的2%,不允许有粗大的索氏体和大块状铁素体。5.4.1.2按图5分级图进行分级与评级。1级～3级合格，4级不合格。a）1级索氏体c）3级较粗索氏体d）4级图5Cr13型马氏体不锈钢渗前的基体组织评级图HB5022-××××5.4.2渗后的渗层金相组织5.4.2.1钢渗后的渗层金相组织应为氮化索氏体、氮化索氏体+适当分布的化合物（即：合金元素的氮化物或氮碳化物）。允许有半连续波纹状、珠链状和半网状氮化物。5.4.2.2按图6分级图进行分级与评定。1级～5级为合格，6级～8级为不合格。a）1级氮化索氏体+弥散分布细颗粒状化合物b）2级氮化索氏体+c）3级氮化索氏体+半连续波纹状（半网状）化合物d）4级氮化索氏体+珠链状图6Cr13型马氏体不锈钢渗层金相组织评级图HB5022-××××g）7级氮化索氏体+连续网状（波纹状）化合物h）8级氮化索氏体+连续网图6（续）5.5Cr11/Cr12型马氏体热强不锈钢渗氮、氮碳共渗金相组织分级与评定5.5.1渗前的基体金相组织5.5.1.1Cr11/Cr12型马氏体热强不锈钢渗前经淬火+冷处理（规定时或必要时）+高温回火处理后HB5022-××××的金相组织应为马氏体组织，在放大500倍下观察,铁素体应不可见，除非专用技术文件或图样另有规定。5.5.1.2按图7分级图进行分级与评定。1级～3级为合格，4级图显示的粗大马氏体在其晶粒度符合HB/Z79规定的不低于6级的条件下，当该粗大组织在整个视场的面积不超过10％时，4级为合格，否则为不合格。c）3级较粗马氏体d）4图7Cr11/Cr12型马氏体热强不锈钢渗前的基体金相组织评级图HB5022-××××5.5.2渗后的渗层金相组织5.5.2.1钢渗后的渗层金相组织应为氮化马氏体+适当分布的化合物（合金元素的氮化物或氮碳化物）。允许有半连续波纹状、半连续网状氮化物。5.5.2.2按图8分级图分级与评定。1级～4级为合格，5级～6级为不合格。a）1级氮化马氏体b）2级氮化马氏体+少量弥c）3级氮化马氏体+少量化合物+白d）4级氮化马氏体+半连续波纹图8Cr11/Cr12马氏体型热强不锈钢渗层金相组织评级图HB5022-××××图8（续）5.64Cr14Ni14W2Mo奥氏体不锈钢渗氮金相组织分级与评定5.6.1渗前的基体金相组织5.6.1.1钢渗前经固溶+回火处理后的基体组织应为奥氏体晶粒+合金元素（Cr、W、Mo）的碳化物。不允许出现粗大晶粒、变形晶粒和变形黑晶粒组织。5.6.1.2按图9分级图进行分级与评定。1级～4级为合格（2级图为界限晶粒度5级～8级为不合格。图94Cr14Ni14W2Mo钢渗前的基体组织评级图HB5022-××××c）3级奥氏体晶粒+少量栾晶+碳化物200×e）5级奥氏体粗晶粒+碳化物200×图9（续）HB5022-××××图9（续）5.6.2渗后的渗层金相组织5.6.2.1钢渗后的渗层金相组织应为氮化奥氏体晶粒、氮化奥氏体晶粒+弥散分布的化合物（合金元素的氮化物或氮碳化合物）。允许有轻微半连续波纹状、珠链状和半网状化合物。5.6.2.2按图10分级图进行分级与评定。1级～2级为合格，3级为不合格。a）1级氮化奥氏体晶粒+弥散分布的细颗粒状化合物b）2级氮化奥氏体晶粒+适当分布图104Cr14Ni14W2Mo钢渗氮层金相组织评级图HB5022-××××5.7马氏体型沉淀硬化不锈钢渗氮金相组织分级与评定5.7.1渗前的基体金相组织5.7.1.1马氏体型沉淀硬化不锈钢渗前经固溶+时效处理后的组织应为低碳马氏体时效组织，或马氏体时效组织+碳化物，不允许有块状铁素体和粗大的马氏体。5.7.1.2按图11分级图进行分级与评定。1级～3级为合格，4级～6级为不合格。图11马氏体型沉淀硬化钢渗前的基体金相组织分级图HB5022-××××e）5级马氏体+块状铁素体f）6级马氏体+5.7.2渗后的渗层金相组织5.7.2.1钢渗后的渗层金相组织应为氮化马氏体＋适当分布的化合物（合金元素的氮化物或氮碳化物允许有半连续的波纹状、半网状化合物。5.7.2.2按图12对渗层金相组织进行分级与评定。1级～4级为合格，5级～7级为不合格。其中HB5022-××××4级图放大倍数为200×。a）1级氮化马氏体b）2级氮化马氏体c）3级氮化马氏体+弥散分布颗粒状化合物图12马氏体型沉淀硬化钢渗层金相组织评级图HB5022-××××注：5级a）、5级b）图显示的为渗层不同化合物形貌的同一渗层金相组织级别，两者化合物形貌共同特征是图12（续）HB5022-××××h）7级a）氮化马氏体+次表层较深处的网状化合物+白层i）7级b）由次表层延续至过5.818Ni系列马氏体时效钢渗氮金相组织分级与评定5.8.1渗前的基体金相组织5.8.1.118Ni系列马氏体时效钢渗前经固溶+时效处理后的基体组织应为低碳马氏体，允许有合金元素的化合物；在放大500倍下观察，铁素体应不可见。5.8.1.2按图13分级图进行分级与评定。1级～3级为合格，4级为不合格。HB5022-××××a）1级较细低碳马氏体c）3级较粗低碳马氏体d）4级图1318Ni系列钢渗氮前的基体金相组织评级图5.8.2渗后的渗层金相组织5.8.2.1钢渗后的渗层金相组织应为氮化马氏体加适当分布的氮化物，允许有细条角状、半连续波纹状氮化物。5.8.2.2按图14分级图进行分级与评定。1级～4级为合格，5级为不合格。HB5022-××××a）1级氮化马氏体+极少量颗粒状氮化物b）2级氮化马氏c）3级氮化马氏体+弥散分布氮化物+白层d）4级氮化马氏体+细条角图1418Ni系列钢渗氮层金相组织评级图HB5022-××××6渗氮层脆性分级与评定6.1分级图渗氮层脆性级别按维氏硬度压痕边角碎裂程度分为5级，见表1。表1中压痕形貌对应的脆性级别是按试验力98.07N（10kgf）规定的，若使用专用技术文件规定的或协商的其他试验力，应根据压痕形貌按表2进行脆性级别换算。表1渗氮层脆性级别裂裂HB5022-××××裂裂6.2检验规定6.2.1经气体渗氮、离子渗氮的零件，必须进行渗层表面脆性检验，并按本标准规定进行分级与评定。专用技术文件另有规定时，按专用技术文件执行。6.2.2对于渗后留有磨削量的零件，也可在磨去加工余量的渗层表面测定。当渗层表面磨削量足以去除白亮层时，可不做脆性检验。6.3试验方法与评定规定6.3.1渗层表面脆性检验应在零件工作部位表面或随炉脆性试样的表面进行，采用维氏硬度计进行脆性试验，压头应与渗层检验面保持垂直，试验力规定用98.07N（10kgf），加载必须缓慢，一般应在5s～10s内完成，加载后停留5s～10s，然后卸载。特殊情况下，经双方协商，亦可以采用49.03N（5kgf）或294.21N（30kgf）的试验力，但应按表2进行换算。表2压痕级别换算1234512344234556.3.2每件试样至少测定三点维氏硬度，在放大100倍下进行观察检查压痕形貌，其中两点或以上压痕形貌处于相同级别才能定级，否则，需重复测定一次。其他应符合GB/T4340.1规定。6.3.3按表1给出的压痕形貌和分级规定分级，ⅠN、ⅡN类零件1～2