如何无损检测表面硬化层深度？

基于被检物表面硬化层、过渡区及心部组织（及成分等）的差异导致其物理性能的差异，建立硬化层深度与物理性能表征参数的对应关系，从而通过对该参数的检测获得硬化层深度值。

硬化层深度检测方法和装置与硬度检测方法和装置相似。

1.剩磁法 图7-94所示为剩磁法检测15钢渗碳淬火件的硬化层深度与剩余磁场的关系；图7-95所示为剩磁法检测气门盖的硬化层深度与剩磁的关系。

图7-92 超声波硬度计框图

1—压头 2—传感器杆 3—激励线圈 4—压电晶体 5—激励放大器 6—脉冲形成电路 7—脉冲功率放大器 8—鉴频器 9—硬度指示表

图7-93 声速与硬度的关系

图7-94 剩磁法检测淬硬层深度

注：15钢，ϕ30mm×150mm，900℃渗碳，860℃水淬。

2.矫顽力法 矫顽力法测硬化层深度，磁路模型中增加了表面硬化层，磁通势与矫顽力的关系为

F_c=2H_cmd+H_cnL_n+H_c0L₀

式中 H_cm——表面硬化层中矫顽力（A/m）；

H_cn——未淬火部分矫顽力（A/m）；

H_c0——电磁铁矫顽力（A/m）；

d——淬硬层深度（m）；

L_n——未淬火部分磁路长度（m）；

L₀——电磁铁内磁路长度（m）。

图7-95 剩磁法检测气门盖硬化层深度

当使用相同的电磁铁时，H_c0、L₀是常数；对相同材料进行表面处理，并用相同磁场磁化的H_cm、H_cn及L_n为定值，这时F_c与淬硬层深度为直线关系。图7-96所示为用直流矫顽力计检测碳钢高频感应淬火件硬化层深度。由图7-96可知，母材预备热处理影响检测结果，应予以修正。

图7-97所示为用交流矫顽力计测定高碳铬钢高频感应淬火硬化层深度的实例。(www.xing528.com)

测定表面硬化层深度时，磁通透入深度至关重要。直流磁化可检层深较大；交流磁化，频率降低则可检层深增加。

图7-96 直流矫顽力计测定碳钢高频感应淬火硬化层深度[ϕ80mm棒，w（C）=0.43%～0.51%]

1—调质态 2—淬火态 3—退火态

3.高次谐波法 图7-98所示为高次谐波法检测渗碳层深度的实例。由图7-98可知，渗后处理（工艺因素等）对检测结果影响很小，这是该方法的明显优点。

4.涡流法 图7-99所示为涡流法渗层测定仪框图，仪器用微安表指示被检物与标准件的差值。图7-100所示为用该仪器测量碳氮共渗层深度的实例。

图7-101所示为用涡流法检测2Cr18Ei8W2无磁钢时仪器指示值与渗氮层深度的关系。涡流法测定无磁钢渗氮层深度是根据不同硬化层深度具有不同比电阻的特性，从而通过对金属表层电导率的测定即可确定渗层深度。电导率测定与检测频率关系很大，最佳检测频率应根据涡流透入深度和检测对象来确定。

图7-97 交流矫顽力计测定高碳铬钢高频感应淬火硬化层深度

注：w（C）=0.84%，w（Cr）=2.1%。

图7-98 三次谐波电压位相与渗碳层深度关系（基频—150/s 场强—105Oe）

注：ϕ19mm圆棒，w（C）=0.17%～0.24%，w（Mo）=0.15%～0.25%，w（Cr）=0.35%～0.65%，w（Ei）=0.35%～0.75%。

图7-99 涡流法渗层测定仪框图

Z₁与Z₂—一对形状、尺寸、绕线直径、匝数及绕法完全相同的线圈W₃₄—电位器，电桥“平衡调整”

图7-100 渗层测定仪表指示值与碳氮共渗层深度的关系 注：10钢，ϕ8mm×50mm，盐浴共渗后淬火。

5.超声波散射回波法 是指利用硬化层与基体金属的晶粒度和相状态不同造成的超声波散射回波检测硬化层深度。超声波测硬化层深度的频率应高于超声波探伤频率。图7-102所示为利用超声波纵波检测淬硬层深度的实例。

图7-101 涡流法仪表指示值与2Cr18Ni8W2无磁钢渗氮层深度的关系