关于脱碳材料表面硬度检测的疑问

关于脱碳材料表面硬度检测的探讨

前段厂购置了一批A234 WP11材料的锻件，要求进行材料复验，该材料的规范属于美标，wp11相当于国内的12C1MoV，锻件公称直径DN550，厚度12.7mm。

材料的主要化学成分（%）为：

C：0.08~0.15、Mn：0.30~0.60、Si：0.50~1.00、Cr：1.00~1.50、Mo：0.44~0.65

我们对材料的化学成分进行了以上各个元素的光谱分析，在光谱分析过程中，分析除C元素以外的其他元素都满足其给定的化学成分合格的要求，唯独C元素的含量为0.020%，比规定合格值0.08~0.15%的底限值还小，显然C元素不合格。于是测了下布氏硬度（HB）看看其表面的硬度值怎样，一共测试了3个点，其值见下（该材料的允许合格硬度值为：HB≤175）：

既然硬度的值都在HB150上下，那为何含碳量却如此之低呢？

为此我们对样品进行了钻屑，采用高频红外碳硫仪来测定其含碳量，结果出乎我们的预料，红外碳硫分析仪显示出C的结果为：0.12%，完全符合材料给定的合格指标。

图为试样几个测试点

问题到底出在哪里？2种仪器测C给出了2种差距如此大的测试结果，一时间没了头绪。思考后，决定先放弃校正仪器的程序，做个微观金相来看看，通过材料的微观金相组织变化来找到答案。

经过一系列的操作，观察，在显微镜下终于发现了材料C元素不合格因素的所在，原来该材料在加工制造过程中产生了表面脱碳，出现了一个脱碳层，也就是说材料表层的C原子在材料制造加热过程中从基体里溢出，从而组织局部贫碳造成了脱碳层，致使C元素的含量降低。

图中箭头处即脱碳层

脱碳层的深度约为544.39微米见图：

脱碳层是影响材料表面C元素含量过低的因素是事实已经得到了最终的确立，但接下来又出现了新的问题，对于上面三个布氏硬值怎么解释呢？随着含碳量的降低，所对应的硬度值也应该相应的降低才对，按照常规，脱碳层的硬度值不可能达到HB150的，既然达到了HB150，所能解释通的就是HB所采用的钢球压痕深度超过了脱碳层544微米的深度，得出了这个数据，为了证实这个数据是否成立，我们又进行了试样侧面（厚度方向）和表面的维氏硬度值的测定。

1、先进行侧面（厚度方向）由于试样脱碳层很薄，维氏硬度压头压不住，只压到脱碳层和非脱碳层的边界处图中的1号压痕，这时硬度值为121（HV10），材料正常组织的2号压痕的硬度值为143（HV10），由此可以看出，脱碳层的硬度显然要低于材料的正常组织处。

图为维氏硬度的压痕： 1号为脱碳层与正常组织的交界处的压痕，2号为正常组织处的压痕

2、我们又在试样的表面，围绕着前期测试布氏硬度的3个点周围进行了维氏硬度测试，来看看最后的结果是怎样的，连续测试了5个点，结果显示如下图。

试验值依然是令人吃惊，与前期的布氏硬度值基本上差别不大（二者之间硬度值的换算接近1:1的关系），且维氏硬度的压痕应该不会超过脱碳层的厚度，那么前期所谓的HB采用的钢球压痕深度超过了脱碳层544微米的深度的说法也就不成立了？如此究竟是什么原因造成的？硬度计的误差，试验操作的误差，还是磨制试样表面产生了硬化层呢？

通过对疑点的提出，我们总结出的看法是：1，布氏硬度试验时试验力大，表面的脱碳层完全被打穿，于是产生了高硬度值。2，维氏硬度计在操作方法上出现了问题，比如围绕着前期测试布氏硬度的3个点周围进行维氏硬度测试，因为测试过而引起表面的硬化，增加了硬度值的提高，还有是忽视了试样表面粗糙度的要求，致使硬度值增加。