激光超聲無損測量40Cr鋼滲氮層深度的實驗研究

李 陽， 彭笑永， 李大磊， 盧金生， 鄒 云

(1.鄭州大學 機械與動力工程學院，河南 鄭州 450001； 2.抗疲勞制造技術河南省工程實驗室，河南 鄭州 450001； 3.鄭州機械研究所有限公司,河南 鄭州 450001)

0 引言

離子滲氮被廣泛用于鋼鐵材料的表面氮化處理，在提高材料表面硬度的同時，也得到了較好的抗腐蝕性能。其中滲氮層的深度取決于滲氮工藝，如滲氮的時間、溫度等，同時也取決于材料本身的特性[1-2]。因此，不同的材料在不同的滲氮工藝下有不同的滲氮層深，而滲氮層的深度是評價滲氮效果的重要指標之一。現階段，主要通過硬度法[3]和金相法[4]評價滲氮層深度。由于硬度法和金相法都需要在滲氮熱處理后從被測工件上取樣或隨爐制樣，并制備成標準的金相試樣以供測試，所以兩種方法都屬于有損測試的范疇。同時，測試過程只能進行抽樣測試，無法滿足產品的全覆蓋檢測。

現階段，可靠的滲氮層深度的無損檢測方法較少，主要有磁巴克豪森[5-8]和超聲背散射[6]兩種方法，并且這兩種方法的測試可靠性仍需進一步驗證。磁巴克豪森法基于鐵磁性材料在交變磁場作用下，材料內部的磁疇發生翻轉產生噪聲信號。然而，材料內的位錯密度[5]、空位數量[6]、溫度[7]以及殘余應力狀態[8]都直接影響磁疇的翻轉能力，所以僅依靠磁疇運動狀態來評價滲氮層的深度，存在一些尚未解決的問題。表面滲氮熱處理過程會造成表面晶粒尺寸細小而內部晶粒尺寸粗大，因此超聲信號在滲氮層和基體的邊界上會形成背散射信號。……