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GB/T 224-2019

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基本信息
标准编号 GB/T 224-2019 (GB/T224-2019)
中文名称 钢的脱碳层深度测定法
英文名称 Determination of the depth of decarburization of steels
行业 国家标准 (推荐)
中标分类 H24
国际标准分类 77.040.99
字数估计 18,197
发布日期 2019-06-04
实施日期 2020-05-01
旧标准 (被替代) GB/T 224-2008
起草单位 钢铁研究总院、首钢集团有限公司、江阴兴澄特种钢铁有限公司、江苏永钢集团有限公司、天津钢铁集团有限公司、冶金工业信息标准研究院、河冶科技股份有限公司
归口单位 全国钢标准化技术委员会(SAC/TC 183)
标准依据 国家标准公告2019年第7号
提出机构 中国钢铁工业协会
发布机构 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会

GB/T 224-2019
(Steel decarburization depth measurement)
ICS 77.040.99
H24
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 224-2008
钢的脱碳层深度测定法
(ISO 3887:2017,Steels-Determinationofthe
2019-06-04发布
2020-05-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB/T 224-2008《钢的脱碳层深度测定法》。
本标准与GB/T 224-2008相比,主要技术内容变化如下:
---删除了术语“铁素体脱碳层深度”及其定义(2008年版第3章);
---修改了“取样”(见第4章,2008年版的4.1第三段、4.2.2、4.4.1和4.4.2);
---增加了平均法(见5.2.3);
---增加了显微努氏硬度法和显微硬度压痕的具体打法(见5.3.1);
---增加了电子探针法(见5.4.4);
---增加了辉光光谱法(见5.4.5);
---增加了不同测量方法对应脱碳层深度的精确位数(见第6章)。
本标准使用重新起草法修改采用ISO 3887:2017《钢 脱碳层深度的测定》。
本标准与ISO 3887:2017的技术性差异及其原因如下:
---关于规范性引用文件,本标准做了具有技术性差异的调整,以适应我国的技术条件,调整的情
况集中反映在第2章“规范性引用文件”中,具体调整如下:
● 用修改采用国际标准的GB/T 4340.1代替了ISO 6507-1(见5.3.3);
● 用修改采国际标准用的GB/T 18449.1代替了ISO 4545-1(见5.3.3);
● 用等同采用国际标准的GB/T 20126代替了ISO 15349-2(见5.4.2.2);
● 用等同采用国际标准的GB/T 19502代替了ISO 14707(见5.4.5.1);
● 增加引用了GB/T 30067(见第3章)、GB/T 13298(见5.2.2)、GB/T 15247(见5.4.2.3)、
GB/T 4336(见5.4.3.2)、GB/T 22368(见5.4.5.1);
---增加了第4章“取样”中试样状态的要求(见4.1),试样状态对脱碳层深度影响很大,统一试样
状态要求,避免质量纠纷;
---增加了第4章“取样”中大试样“总检测周长不小于35mm”的要求和取样示意图(见4.3及
图2~图4),GB/T 224-2008版本有这部分内容,提高了取样的可操作性;
---增加了“轴承钢、工具钢、弹簧钢测量最深处的总脱碳层深度”(见5.2.3.1),GB/T 224-2008
版本有这部分内容,适用于中国国情;
---删除了ISO 3887:2017的5.4.4,其内容分别列入5.4.2.3和5.4.3.3;
---修改了5.4.2化学分析法和5.4.3直读光谱分析法中试验结果的处理方法(见5.4.2.3),保持与
GB/T 224-2008版本一致,适用于中国国情。
本标准做了下列编辑性修改:
---为与现有标准系列一致,将标准名称改为《钢的脱碳层深度测定法》;
---增加了GCr15表面脱碳的金相组织(见图A.3)。
本标准由中国钢铁工业协会提出。
本标准由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本标准起草单位:钢铁研究总院、首钢集团有限公司、江阴兴澄特种钢铁有限公司、江苏永钢集团有
限公司、天津钢铁集团有限公司、冶金工业信息标准研究院、河冶科技股份有限公司。
本标准主要起草人:李继康、鞠新华、栾燕、王春芳、严春莲、顾林峰、侯兴辉、刘莹、徐倩、张贝贝。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB 224-1963、GB 224-1978、GB/T 224-1987、GB/T 224-2008。
钢的脱碳层深度测定法
1 范围
本标准规定了钢的脱碳层取样、测定方法和试验报告的要求等。
本标准适用于测定钢材(坯)及其零件的脱碳层深度。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)
GB/T 4340.1 金属材料 维氏硬度试验 第 1 部分:试验方法(GB/T 4340.1-2009,
ISO 6507-1:2005,MOD)
GB/T 13298 金属显微组织检验方法
GB/T 15247 微束分析 电子探针显微分析 测定钢中碳含量的校正曲线法(GB/T 15247-
2008,ISO 16592:2006,IDT)
GB/T 18449.1 金属材料 努氏硬度试验 第1部分:试验方法(GB/T 18449.1-2009,
ISO 4545-1:2005,MOD)
GB/T 19502 表面化学分析 辉光放电发射光谱方法通则 (GB/T 19502-2004,ISO 14707:
2000,IDT)
GB/T 20126 非合金钢 低碳含量的测定 第2部分:感应炉(经预加热)内燃烧后红外吸收法
(GB/T 20126-2006,ISO 15349-2:1999,IDT)
GB/T 22368 低合金钢 多元素含量的测定 辉光放电原子发射光谱法(常规法)
GB/T 30067 金相学术语
ISO 9556 钢铁 总碳含量的测定 感应炉燃烧后红外吸收法(Steelandiron-Determinationof
totalcarboncontent-Infraredabsorptionmethodaftercombustioninaninductionfurnace)
ISO 14594 微束分析 电子探针显微分析 波长离散分光计实验参数的设定导则(Microbeam
analysis-Electronprobemicroanalysis-Guidelinesforthedeterminationofexperimentalparameters
forwavelengthdispersivespectroscopy)
3 术语和定义
GB/T 30067界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
脱碳 decarburization
钢表层上碳的损失。这种碳的损失包括:
a) 部分脱碳partialdecarburization,钢材试样表面含碳量减少到低于基体含碳量,并且大于室温
时碳在铁素体中固溶极限;
b) 完全脱碳completedecarburization,也叫铁素体脱碳层,试样表层碳含量水平低于碳在铁素
体中最大固溶度,只有铁素体存在。
注:b)中所描述的完全脱碳层只有铁素体组织存在,应用金相法测定。
3.2
有效脱碳层深度 depthoffunctionaldecarburization
从试样表面到规定的碳含量或硬度水平的点的距离,规定的碳含量或硬度水平应以不因脱碳而影
响使用性能为准(例如:产品标准中规定的碳含量最小值)。
3.3
总脱碳层深度 depthoftotaldecarburization
从试样表面到碳含量等于基体碳含量的那一点的距离,等于部分脱碳和完全脱碳之和。
不同的脱碳带见图1。
注:如果制品经过渗碳处理,“基体”的定义由有关各方商定。允许的脱碳层深度将被列入产品技术标准中,或者由
有关各方商定。
说明:
d1---完全脱碳层深度,单位为毫米(mm);
d2---有效脱碳层深度,单位为毫米(mm);
d3---部分脱碳层深度,单位为毫米(mm);
d4---总脱碳层深度,单位为毫米(mm);
a ---产品标准中规定的碳含量最小值;
b ---基体碳含量。
注:不同脱碳类型的分界线如阴影带所示,阴影带宽度表示在测量过程中由于不确定度所产生的实际差异。
图1 典型脱碳示意图
4 取样
4.1 试样应在交货状态下检验,不需进一步热处理。如经有关各方商定,需要采取附加热处理,则要从
多方面注意防止碳的分布状态和质量分数的变化,例如:采用小试样、短的奥氏体化时间、中性的保护气
氛等。
4.2 试样应具有代表性。取样数量和位置应根据材料特性和供需双方的协议确定。
4.3 试样检验面应垂直于产品纵轴,如产品无纵轴,试样检验面的选取应由有关各方商定。对于小尺
寸样品(如公称直径不大于25mm的圆钢或边长不大于20mm的方钢)应检测整个周边。对大尺寸样
品(如公称直径大于25mm的圆钢或边长大于20mm的方钢),为保证取样的代表性,可截取样品同一
截面的一个或几个部位,且保证总检测周长不小于35mm(参见图2~图4)。但不得选取多边形产品
的棱角处或脱碳极深的点。
图2 不同规格圆钢棒典型取样方法
图3 不同规格方钢典型取样方法
说明:
L ---长度;
W---宽度;
A---钢板或矩形试样检验面的面积。
图4 钢板和矩形钢材典型取样方法
4.4 化学分析试样应有足够的长度以保证化学分析连续增加的车屑量,或者应有足够大的面积以满足
光谱分析的面积。
5 测定方法
5.1 总则
5.1.1 测定方法的选择及其准确度取决于产品的脱碳程度、显微组织、碳含量以及部件的形状。最终
产品通常采用以下方法测量脱碳层深度:
a) 金相法(见5.2);
b) 显微硬度法(见5.3),可以用维氏硬度或者努氏硬度;
c) 碳含量测定法,可以用化学分析法(见5.4.2)、直读光谱法(见5.4.3)、电子探针法(见5.4.4)或
者辉光光谱法(见5.4.5)。
5.1.2 5.1.1中的测定方法都有其应用范围,采用何种方法测定,由产品标准或双方协议确定。未明确
规定时采用金相法。
5.2 金相法
5.2.1 概述
本方法是在光学显微镜下观察试样从表面到基体随着碳含量的变化而产生的组织变化,适用于具
有退火或正火(铁素体-珠光体)组织的钢种,也可有条件的用于那些硬化、回火、轧制或锻造状态的
产品。
5.2.2 试样的制备
试样应按照GB/T 13298进行磨制抛光,但试样边缘不准许有倒圆、卷边,为此试样可以镶嵌或固
定在夹持器内。如果需要,被检试样表面可电镀上一层金属加以保护。推荐使用自动或半自动的制样
技术。通常用1.5%~4%的硝酸乙醇溶液或2%~5%的苦味酸乙醇溶液浸蚀、显示钢的组织。
5.2.3 测定
5.2.3.1 总脱碳层的测定
一般来说,观测到的组织差别,在亚共析钢中是以铁素体与其他组织组成物的相对量的变化来区别
的;在过共析钢中是以碳化物含量相对基体的减少来区分的。对于硬化组织或者淬火回火组织,当碳含
量变化引起组织显著变化时,亦可用该方法进行测量。例如:如果试样经过球化退火,根据部分脱碳区
碳化物含量的变化评定总脱碳层深度;对于热处理试样,部分脱碳区非马氏体组织的存在用来确定总脱
碳层深度;还可依据过共析碳化物和珠光体的减少量或铁素体基体上碳化物量减少量确定;对于一定的
高合金球化退火的工具钢脱碳深度可由腐蚀颜色变化来确定。
借助于测微目镜,或利用金相图像分析系统观察和定量测量从表面到其组织和基体组织已无区别
的那一点的距离。
放大倍数的选择取决于脱碳层深度。如果需方没有特殊规定,由检测者选择。建议使用能观测到
整个脱碳层的最大倍数。通常采用放大倍数为100倍。
当过渡层和基体较难分辨时,可用更高放大倍数进行观察,确定界限。先在低放大倍数下进行初步
观测,保证四周脱碳变化在进一步检测时都可发现,查明最深均匀脱碳区。
脱碳层最深的点由试样表面的初步检测确定,不受表面缺陷和角效应的影响。
脱碳层的测量有两种方法;最严重视场法和平均法。测量方法的选择应由供需双方协商而定。
最严重视场法是对每一试样,在最深的均匀脱碳区的一个显微镜视场内,应随机进行几次测量(至
少需五次),以这些测量值的平均值作为总脱碳层深度。轴承钢、工具钢、弹簧钢测量最深处的总脱碳层
深度。
平均法是首先在最深均匀脱碳区测量第一点,然后从这点开始表面被等分成若干部分,如无特殊规
定,至少四等份。在每一部分的结束位置测量最深处的脱碳层深度。以这些测量值(至少4个)的平均
值作为试样的总脱碳层深度报出。轴承钢、工具钢、弹簧钢等对脱碳要求较高的钢种不适用于平均法。
如果产品标准或技术协议没有特殊规定,在测量时试样中由于钢材的缺陷造成的那些脱碳极深点
(如裂纹或折叠处、工件角部等)应被排除(但在试验记录中应注明缺陷)。
5.2.3.2 完全脱碳层的测定
完全脱碳层的测定方法同5.2.3.1。
5.2.3.3 有效脱碳层的测定
有效脱碳层的测定方法同5.2.3.1。有效脱碳层的判断由产品标准或有关各方协商确定。
5.2.3.4 金相法测定脱碳层深度的典型组织照片
金相法测定脱碳层深度的典型组织照片示例参见附录A。
5.3 显微硬度法
5.3.1 概述
本方法是测量在试样横截面上沿垂直于表面方向上的显微硬度值的分布梯度。
本方法只适用于脱碳层相当深,经过硬化处理、回火处理或热处理的亚共析钢。同时也可用于脱碳
层完全在硬化区内的情况,避免淬火不完全引起的硬度波动。本方法不适用于低碳钢。
5.3.2 试样的选取和制备
试样的选取和制备与金相法(5.2.2)一样,但试样腐蚀与否,以准确测定压痕尺寸为准,并应小心防
止试样的过热。
5.3.3 测定
当使用维氏硬度时,应按GB/T 4340.1规定进行,当使用努氏硬度时应按GB/T 18449.1规定执
行。可采用直线法(沿垂直于表面方向上,见图5)或者斜线法(倾斜于表面方向上,见图6)测量在试样
横截面上的显微硬度值的分布梯度。直线法适合测量大或者中等厚度的脱碳层,斜线法适合测量中等
或者小厚度的脱碳层。在使用直线法时,显微硬度可以交叉错开打(之字法),以得到更小的间隔。在测
试面上首先确定直线或者斜线位置,接着沿着直线或者斜线测显微硬度,最后得出显微硬度的深度
曲线。
为减少测量数据的分散性,要尽可能用大的载荷,通常采用0.49N~4.9N(50gf~200gf)载荷。
各压痕中心之间的距离应不超过0.1mm,同时至少应为压痕对角线长度的2.5倍,符合GB/T 4340.1
或者GB/T 18449.1的规定。
在使用之字法时(见图7),可以选择2至5点作为起始点。起始点分布在宽度不超过1.5mm的带
内,同时这些点相互之间的间距应满足GB/T 4340.1或者GB/T 18449.1的规定。硬度测量从每个起
始点开始沿着垂直于表面方向的直线进行。所有直线的硬度值汇总作出一条硬度的深度曲线。
说明:
1---脱碳层;
2---基体材料;
3---单条直线;
4---交叉直线法。
注:虚线代表测量线。
图5 试样横截面上垂直于表面方向的直线法示意图
说明:
1---脱碳层;
2---斜线。
注:虚线代表测量线。
图6 试样横截面上倾斜于表面方向的斜线法示意图
说明:
1---表面;
Li---第i个压痕的测量距离。
注:虚线代表测量线。
图7 之字法测量点的分布
脱碳层深度规定为从表面到已达到所要求硬度值的那一点的距离(要把测量的分散性估计在内)。
原则上,至少要在相互距离尽可能远的位置进行四组测定,其测定值的平均值作为脱碳层深度。
脱碳层深度的测量界限可以是:
a) 由试样表面测至产品标准或技术协议规定的硬度值处;
b) 由试样表面测至硬度值平稳处;
c) 由试样表面测至硬度值平稳处的某一百分数。
采用何种测量界限由产品标准或双方协议规定。
5.4 碳含量测定法
5.4.1 通则
本方法测定碳含量在垂直于试样表面方向上的分布梯度。
5.4.2 化学分析法
5.4.2.1 通则
本方法适用于具有恰当的几何形状的试样,例如圆柱体或具有平面体的多面体。
注1:试样一般不需进行热处理,如确实需要,经各方协商后,可进行适当热处理,但要保证不影响脱碳层深度。
注2:本方法一般不适用于部分脱碳。
5.4.2.2 试样的制备
用机械加工的方法,平行于试样表面逐层剥取每层为0.1mm厚的样屑。注意防止任何污染,事先
应清除氧化膜。收集每一层上剥取的金属试屑,按GB/T 20126或者ISO 9556测定碳含量。
5.4.2.3 测量
总脱碳层深度测量从表面到碳含量达到规定数值的那一点的距离。如果碳含量数值没有规定,则
测定终止点的碳含量应在考虑了分析中的允许的波动余量之后,和产品的碳含量公称范围的最小值的
差别不大于以下数值:
产品的公称碳含量最大允许偏差,C<0.6%时,0.03%C;C≥0.6%时,5%C。
5.4.3 直读光谱分析法
5.4.3.1 通则
本方法只适用于具有合适尺寸的平面试样。
5.4.3.2 试样的制备
将平面试样逐层磨剥,每层间隔0.1mm,在每一层上按GB/T 4336进行碳含量的光谱测定。要设
法使逐层的光谱火花放电区不重叠。
5.4.3.3 测量
同5.4.2.3。
5.4.4 电子探针分析法
5.4.4.1 通则
本方法按照ISO 14594和GB/T 15247执行。本方法适用于含有单一组织的淬回火钢和球化退
火钢。
5.4.4.2 试样的制备
试样的选取和制备与金相法(5.2.2)相同,但试样不宜浸蚀,以准确测定碳含量。
5.4.4.3 测量
碳含量在电子探针上用线分析测量。测量线应垂直于试样表面。碳含量的深度曲线从脱碳层表面
一直到基体。脱碳层深度由碳含量的深度曲线测定。
总脱碳层深度测定从表面到碳含量稳定处。全脱碳层深度可以根据供需双方协议,至少要在相互
距离尽可能远的位置进行四组测定,其测定值的平均值作为脱碳层深度。
5.4.5 辉光光谱分析法
5.4.5.1 通则
本方法按照GB/T 19502和GB/T 22368执行。本方法适用于脱碳层深度不超过100μm,直径在
20mm~100mm的圆形试样或者边长在20mm~100mm的方形试样。试样的平面尺寸应符合辉光
光谱仪要求。
5.4.5.2 试样的制备
使用合适的溶剂(分析纯丙酮或者乙醇)冲洗试样表面去除油或其他残留物。冲洗过程中可使用湿
的软无纺布轻轻擦拭试样表面。冲洗后可选用惰性气体(氩气或氮气)或者清洁无油的压缩空气吹干试
样,气体管道不得与试样表面接触。
5.4.5.3 测量
碳含量的深度曲线从试样表面一直到基体碳含量稳定处。脱碳层深度由碳含量的深度曲线测定。
总脱碳层深度测定从表面到碳含量稳定处,例如达到......
相关标准:    GB/T 226-2015    GB/T 5168-2020
英文版PDF:  GB/T 224-2019  GB/T224  GBT224  GB/T 224-2008  GB/T224  GBT224  GB/T 226-2015  GB/T226  GBT226  GB/T 1979-2001  GB/T1979  GBT1979
   
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