一、定义

渗碳层深度：零件渗碳后，从工件表面到规定界限处的垂直距离，分两种判定标准：

全渗碳层深度：表面至心部原始组织（无渗碳影响区）；

有效硬化层深度（行业最常用）：表面至50% 马氏体 + 50% 珠光体 / 铁素体交界位置（GB/T 9450 标准）。

二、试样制备（金相制样关键步骤）

1. 取样

截取垂直于渗碳表面的横截面，禁止斜切（会放大深度测量误差）；

薄壁件、齿轮齿部需镶嵌保护，避免打磨倒角丢失表层组织。

2. 镶嵌

小件 / 易崩边试样：冷镶嵌树脂（MC006 系列适配）或热镶嵌；

要求：试样渗碳表面与镶嵌料边界平齐，表层无圆角。

3. 磨抛流程

砂纸逐级打磨：180→400→800→1200→2000 目，打磨方向每次转 90°，彻底去除上一道划痕；

抛光：3μm 金刚石抛光膏→0.5μm 氧化铝抛光，直至镜面、无划痕（表层划痕会混淆组织边界）。

4. 腐蚀（区分渗碳层与心部核心）

主流腐蚀剂：2%~4% 硝酸酒精溶液（硝酸 + 无水乙醇）

操作：抛光面浸入 3~10s，表面呈均匀浅灰色立即清水冲洗，酒精吹干；

组织区分效果：

渗碳表层：高碳马氏体 + 残余奥氏体，腐蚀后发黑；

过渡区：马氏体 + 铁素体混合组织，灰色过渡带；

心部：低碳铁素体 + 少量珠光体，明亮浅色。

三、金相测量方法（国标 GB/T 9450）

1. 光学显微镜观测

低倍（50×~100×）全景观察渗碳层均匀性，排查局部脱碳、渗层不均；

高倍（200×~500×）定位 50% 马氏体分界线，使用带刻度目镜 / 图像分析软件测量垂直深度。

2. 两种测量判定标准

（1）有效渗碳硬化层深度（机械行业强制标准）

从表面量到马氏体体积分数 50% 的位置，齿轮、轴承、轴类零件均采用此标准。

（2）总渗碳层深度（化学金相法）

从表面量到完全无渗碳影响的心部原始组织，多用于工艺研发对比。

3. 测量取值规范

同一试样至少测 3 个不同位置，取平均值；

齿类零件：齿顶、齿面、齿根三处分别测量（齿根渗层通常最薄，为薄弱位置）。

四、典型金相组织分层（由表至心）

过共析层：碳含量＞0.8%，针状马氏体 + 网状渗碳体，腐蚀最深；

共析层：碳 0.7%~0.8%，均匀马氏体；

亚共析过渡层：碳 0.2%~0.7%，马氏体 + 白色铁素体，分界线就在此层；

心部基体：原材料低碳组织（铁素体 + 珠光体），无硬化。

五、常见误差与缺陷

试样倒角：打磨时表层磨圆，测量深度偏小，镶嵌时边缘加固可避免；

腐蚀过度：组织模糊，无法分辨 50% 马氏体边界，缩短腐蚀时间；

斜切试样：测量值＞真实深度，取样必须保证截面垂直表面；

局部脱碳：表层碳含量降低，渗层变薄，金相可见表层白色铁素体带；

碳化物粗大：高温渗碳导致网状碳化物，不影响深度测量，但属于组织不合格。

六、辅助检测对比

金相法：直观、精准，能同步观察组织缺陷，仲裁检测首选；

硬度法（维氏硬度）：沿截面打硬度，测至硬度 550HV 处深度，和金相有效层深度结果基本对应；

化学剥层法：仅用于工艺标定，无法观察金相组织，不用于常规检测。

七、行业应用示例

汽车齿轮：有效渗碳层 0.8~1.5mm；

轴承套圈：有效渗碳层 0.6~1.2mm；

工程机械重载轴：有效渗碳层 1.5~3.0mm。