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鋼在各種熱加工工序的加熱或保溫過(guò)程中，由于氧化氣氛的作用，使鋼材表面的碳全部或部分喪失的現(xiàn)象叫做脫碳。脫碳層深度是指從脫碳層表面到脫碳層的基體在金相組織差異已經(jīng)不能區(qū)別的位置的距離。

鋼表層的脫碳大大降低了鋼材的表面的硬度、抗拉強(qiáng)度、耐磨性和疲勞極限。因此，在工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼等的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)脫碳層有具體規(guī)定。重要的機(jī)械零部件是不允許存在脫碳缺陷的，為此，在加工時(shí)零部件的脫碳層是必須除凈的。

脫碳是鋼材的一種表面缺陷，對(duì)于大多數(shù)工業(yè)用鋼，特別是含碳較高的工具鋼、鉻滾珠軸承鋼、彈簧鋼以及某些重要用途的中碳結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)脫碳層深度均嚴(yán)格加以限制。各種鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均要求檢驗(yàn)脫碳情況，并對(duì)允許的脫碳層深度作出明確規(guī)定。

GB/T 224-2008 鋼的脫碳層深度測(cè)定法

ISO 3887-2003 鋼脫碳層深度的測(cè)定

ASTM E1077-01（R05） 不銹鋼中α-相面積含量金相測(cè)定

脫碳層厚度測(cè)試方法

測(cè)定脫碳層深度的方法納入GB/T224-1987的有金相法、硬度法、碳含量測(cè)定法三種

1、金相法

設(shè)備簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)便，也是常規(guī)脫碳檢驗(yàn)中的重要手段，但測(cè)量誤差較大，數(shù)值較低，為保證測(cè)量精度，操作者應(yīng)在每個(gè)試樣上至少進(jìn)行五次以上的測(cè)量，取他們的平均值作為脫碳層深度。

（1）試樣的選取與制備  

選取的試樣檢驗(yàn)面應(yīng)垂直于產(chǎn)品縱軸，為保證取樣的代表性，可截取試樣同一截面的幾部分，以保證總檢測(cè)周長(zhǎng)不小于35mm。小試樣（直徑不大于25mm的圓鋼、或邊長(zhǎng)不大于20mm的方鋼）要檢測(cè)整個(gè)周邊。具體取樣數(shù)量和取樣部位應(yīng)在有關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。  如緊固件類產(chǎn)品，應(yīng)根據(jù)GB/T3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》，選取的試樣在距螺紋末端約一個(gè)公稱直徑（1d）、沿螺紋軸心線截取一縱向截面的試件。截取試樣時(shí)不能使檢測(cè)面受熱而發(fā)生變化。試樣邊緣不得倒圓、卷邊，試樣應(yīng)該鑲嵌入塑料中或安裝在夾具中。用2%～3%硝酸酒精進(jìn)行腐蝕，以顯示鋼的組織結(jié)構(gòu)。

（2）脫碳層的測(cè)定  

總脫碳層的測(cè)定——在中碳鋼、低合金鋼中是以鐵素體與其他組織組成的相對(duì)量變化來(lái)區(qū)分的。借助于測(cè)微目鏡或直接在顯微鏡毛玻璃屏上測(cè)量從表面到其組織和基體組織已無(wú)區(qū)別的那一點(diǎn)距離。對(duì)每一試樣，在最深的均勻脫碳區(qū)一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)，應(yīng)隨機(jī)進(jìn)行幾次測(cè)量（至少需5次），以這些測(cè)量值的平均值作為總脫碳層深度；而對(duì)于工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼是測(cè)量最深處的脫碳層作為總脫碳層深度的。  

全脫碳層的測(cè)定——全脫碳層是指試樣表面脫碳后得到的全鐵素體組織，因此，測(cè)量時(shí)應(yīng)從表面測(cè)至有滲碳體或有珠光體出現(xiàn)的那一點(diǎn)，或測(cè)量產(chǎn)生全鐵素體組織的滲度為全脫碳層深度。  放大倍數(shù)的選擇取決于脫碳層深度，如果需方?jīng)]有特殊規(guī)定，通常采用的放大倍數(shù)為100倍。一般來(lái)說(shuō)，具有近似平衡組織的鋼種脫碳層取決于珠光體的減少量（見圖1～圖4）。

圖1 60Si2Mn彈簧鋼的全脫碳層深度100X

圖2 65Mn彈簧鋼的總脫碳層深度  100X

圖3 20MnTiB調(diào)質(zhì)鋼的總脫碳層深度  200X

圖4 35#調(diào)質(zhì)鋼的總脫碳層深度  100X

2、硬度法

測(cè)量截面上顯微硬度的變化，從試樣邊緣到硬度達(dá)到平穩(wěn)值或技術(shù)條件規(guī)定的硬度為止的深度為脫碳層深度。此法結(jié)果比較可靠，是常用的檢驗(yàn)手段。硬度法測(cè)脫碳層分為顯微硬度法和洛氏硬度法。 

（1）顯微硬度法     

顯微硬度法此方法是測(cè)量在試樣橫截面上沿垂直于表面方向上的顯微硬度值的分布梯。這種方法只適用于脫碳層相當(dāng)深但和淬火區(qū)厚度相比卻又很小的鋼種，顯微硬度法對(duì)低碳鋼不準(zhǔn)確。        

試樣的選取和制備與金相法一致，應(yīng)小心防止試樣過(guò)熱，為減少測(cè)量數(shù)量的分散性，要盡可能用大載荷，原則上此載荷應(yīng)在0.49-4.9N(50-500gf)之間。壓痕之間的距離至少應(yīng)為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的2.5倍。   

如對(duì)于緊固件產(chǎn)品，顯微硬度法僅適用于螺距P大于1.25mm的螺紋，用 300g負(fù)荷顯微維氏硬度計(jì)，測(cè)量在螺紋橫截面螺紋中徑線上,第2點(diǎn)的維氏硬度值應(yīng)等于或大于第1點(diǎn)硬度值減去30個(gè)維氏硬度單位.若低于30個(gè)維氏硬度單位,則計(jì)算為脫碳層深度。 

（2）洛氏硬度法   

用洛氏硬度計(jì)測(cè)定時(shí)，直接在試樣的表面上測(cè)定。對(duì)不允許有脫碳層的產(chǎn)品，直接在試樣的原產(chǎn)品表面上測(cè)定，對(duì)允許有脫碳層的樣品，在去除允許脫碳層的面上測(cè)定。洛氏硬度法根據(jù)GB/T230.1-2009測(cè)定洛氏硬度值HRC，此方法只用于判定產(chǎn)品是否合格。

3、碳含量測(cè)定法

能得到很高的測(cè)量精度，但費(fèi)時(shí)且成本高，通常只用于研究工作。

（1）化學(xué)分析法

用化學(xué)分析法測(cè)定逐層剝?nèi)〉慕饘傩嫉暮剂?，以確定脫碳層深度。用機(jī)械加工的方法，平行于試樣表面逐層剝?nèi)∶恳粚拥纳疃葹?.1mm厚的試屑，事先應(yīng)清除氧化膜；收集每一層上剝?nèi)〉慕饘僭囆迹碐B/T20126-2006測(cè)定碳含量，從表面到達(dá)到規(guī)定數(shù)值的那一點(diǎn)的距離，即為脫碳層深度。

（2）光譜分析法

將平面試樣逐層磨削,每層間隔0.1mm，在每一層上進(jìn)行碳的光譜測(cè)定。要設(shè)法使逐層的光譜火花放電區(qū)不重疊。測(cè)量從表面到碳含量達(dá)到規(guī)定數(shù)值的那一點(diǎn)的距離，即為脫碳層深度。一般只適用于具有合適尺寸的平面試樣。