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1、六、淬硬性和淬透性,网带式淬火炉,淬透性是钢的主要热处理性能。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。,1.淬透性 钢在规定淬火条件下，可以达到的淬硬层深度。 淬透性是钢材的一种属性，是指钢淬火时获得马氏体的能力。 影响因素：钢的成分；过冷奥氏体的稳定性，即Vk，临界冷却速度越低，钢的淬透性越好。 淬透性好的钢在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火冷却介质，减小工件淬火变形及开裂的倾向。 不同化学成分的钢淬火后所得马氏体组织的硬度值是不同的。2.淬硬性 钢在正常淬火条件下，淬火形成的马氏体所能达到的最高硬度。 淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳的过饱和度就越大，硬度越高。,M量和硬度随深度的变
2、化,淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。,淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。,1 、钢的淬透性,用不同钢制成的尺寸、形状相同的试样，在同样淬火后，有的钢表层和心部可全部淬为马氏体(即已淬透)，有的钢则只能在表层获得马氏体；有的钢淬火后硬度很高(如T8钢硬度大于62HRC)，有的则很低(20钢为45HRC)。之所以会有这么大的差别，是因为不同钢获得马氏体的能力不同，不同碳含量的钢马氏体硬度不同。钢获得马氏体的能力不同，不同碳含量的钢马氏体硬度不同。通常用淬透性这一指标
3、来衡量钢淬火获得马氏体的能力淬透能力用淬硬性来衡量钢被淬硬的能力。,(1)钢的淬透性和淬硬性的区别,淬透性是钢的固有属性。反映钢的过冷奥氏体稳定性，主要取决于钢的等温转变曲线“鼻尖”位置(即临界冷却速度V的大小)，而与外部因素无关。等温转变曲线“鼻尖”位置越靠右(即VK越小)，可获得的马氏体层深度越大，该钢种的淬透性越高，反之越低。 淬硬性表示钢淬火后所能达到的硬度，主要取决于马氏体中的含碳量。因而淬透性和淬硬性并无必然联系，如高碳工具钢的淬透性高，但淬硬性很低；而低碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。,实 例,18Cr2Ni4WA，由于加入合金元素，淬透性大大提高(在油中的淬透深度l00m
4、m)，但因其马氏体中碳含量低，合金元素对提高马氏体硬度的作用又不显著，故淬火后硬度并不高(63HRC)，淬硬性很高。当然有的钢淬透性和淬硬性都很高，如Wl8Cr4V等碳、合金元素含量都较高的钢。,(2)淬透性与实际淬透层深度的关系,实际淬透层深度(常简称为淬透深度或淬硬(层)深度)与淬透性之间有密 切关系，但又有着重要的区别。实际淬透深度是指在实际具体条件下获得的马氏体层深度，对试样尺寸、形状及冷却条件等没有要求，其值是随条件变化而变化的。而淬透性反映的是标准条件下的淬透深度，其值是固定的，所用试样尺寸、形状及冷却条件等都要求处在标准状态。例如，45钢在标准条件下的淬透深度约为l5mm，而同样
5、试样在20、5(质量分数)食盐水中的淬透深度可达21mm，在油中的淬透深度却不到l0mm。,同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。,(2)淬透性与实际淬透层深度的关系,(3)淬透性和淬硬性的关系,【想一想】能否说同一钢种水淬的淬硬性一定比油淬大?能否说水淬的 淬透性比油淬好?能否说直径小的45钢X-件较直径大的淬透性好(二 者长度一样)?为什么?淬硬性与实际淬透深度呢?,能否说同一钢种水淬的淬硬性一定比油淬大?能否说水淬的淬透性比油淬好?能否
6、说直径小的45钢工件较直径大的淬透性好(二者长度一样)?为什么?淬硬性与实际淬透深度呢?,【想一想】,冷却速度与工件淬硬层的关系,2影响钢淬透性的因素,钢的淬透性主要决定于临界冷却速度的大小，即决定于等温转变曲线“鼻尖”位置，钢的成分、组织等影响等温转变曲线“鼻尖”位置的材料因素都对淬透性有影响。 (1)钢的化学成分碳含量的影响 ， C1则相反(这是因为随碳含量提高，未溶碳化物增多，而未溶碳化物是珠光体择优形核的地点，未溶碳化物越多，过冷奥氏体越容易分解为珠光体，故等温转变曲线相对左移，VK增大)。曲线b是加热温度高于Ac3或Accm时的情况,钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk， Vk越小，淬透
7、性越高。Vk取决于C曲线的位置，C 曲线越靠右，Vk越小。,因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素.即除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。,含碳量对冷却速度的影响,合金元素对临界冷却速度的影响如下所示。由图可见，除Ti、Zr、Co外，所有合金元素都使临界冷却速度降低，都使淬透性提高。 碳化物形成元素只有溶入奥氏体才可起增大淬透性的作用，若存在于碳化物中则反而起降低淬透性的作用。(2)奥氏体晶粒度和成分均匀程度同样加热条件下，奥氏体晶粒越大，成分越均匀，则过冷奥氏体越稳定，故淬透性越好。(3)未溶第二相的影响钢中未溶碳化物、氮
8、化物等与奥氏体的交界处是珠光体、贝氏体择优形核地点，可促进珠光体、贝氏体形核，降低过冷奥氏体的稳定性，故降低淬透性；此外，未溶碳、氮化物还会阻碍奥氏体晶粒长大，也对淬透性有降低作用。此外，形变和应力场等对钢的淬透性也有影响。,合金元素对冷却速度的影响,合金元素对冷却速度的影响,2、淬透性的测定方法,（1）临界直径法 临界直径(d0)是指圆柱钢试样在某种介质中淬冷后，中心得到全部马氏体或50(体积分数)马氏体组织的最大直径。临界直径越大，表示这种钢的淬透性越高。表84给出了常用钢材在水或油中淬火时的临界直径。 利用临界直径的数据，可判断工件淬火后的淬透程度，并制订出相应合理的工艺，选择适当淬火介
9、质，因此，临界直径很有实际意义。但该法需制作较多试样，测定方法也较繁杂，且检测部位不同，对所得检测结果也有影响，使检测结果间不便对比，故其应用受到限制。,（2）用临界淬透直径表示临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用D0表示。D0与介质有关，如45钢D0水=16mm，D0油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如45钢D0油=8mm，40Cr D0油=20mm。,（2）端淬法,目前国内外应用最广泛的淬透性试验方法。GBT 225-2006规定了 端淬法的试样形状、尺寸及试验方法。如图所示，试验时，将按规定 的奥氏体化条件与距水冷端距离的关系曲
10、线，此曲线即称为淬透性曲线。 由图819可看出，硬度值是在一定范围波动的，这主要是由于钢厂 提供的钢材的化学成分有一定的波动(晶粒度对数据也有一定影响)， 因而测得的数据也在一定范围波动，故淬透性曲线实际是一条淬透性 带（淬透性带越窄越好，这意味该钢种的成分和晶粒尺寸波动较小，这对热处理质量控制有重要意义）。,示，J 表示末端淬透性，d 表示半马氏体区到水冷端的距离，HRC 为半马氏体区的硬度。,2、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示,即用 表,3、淬透性的测定及其表示方法,（1）淬透性的测定常用末端淬火法,4、淬透性的应用,淬透性曲线的意义是直接反映了材料淬透性的高低，由图820可直接看出4
11、5Cr钢的淬透性明显优于45钢，45钢硬度下降很快，而45Cr的曲线较平滑，硬度下降较慢。 淬透性及淬透性曲线在合理选材、预测材料组织与性能及制订热处理工艺等方面都有重要实用价值。,4、淬透性的应用,(1)比较不同钢种的淬透性 淬透性是钢材选用的重要依据之一。用半马氏体硬度曲线和淬透性曲线，找出钢的半马氏体区所对应的距水冷端距离。 该距离越大，则淬透性越好。,40Cr钢的淬透性比45钢要好。,2、利用淬透性曲线进行选材。截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件，要求截面机械性能均匀，应选用淬透性好的钢。 承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选用淬透
12、性较低的钢种。,在端淬试验中，试样某处的冷速与水冷(或油冷)时某直径圆钢的中心或表面等处的冷速是相同的。如图8一l9所示，至水冷端6mm处的冷速与油冷时直径为15mm的圆钢中心、直径为25mm圆钢距中心3R4处及直径为46mm圆钢表面处的冷速相同；也与水冷时直径为31mm圆钢的中心、直径为51mm圆钢距中心3R4处的冷速相同。当然这些位置的硬度也是相同的，均为6065HRC。,国家标准GBT 225-2006规定，在不同距离处测得的硬度用淬透性指数J一d表示。d代表距水冷端面的距离(mm)，X表示该处的洛氏硬度(HRC)值。如J5217表示距水冷端面17mm处的硬度为52HRC。该硬度值有时也
13、可用维氏硬度(HV)表示。 端淬法的优点是操作简便，适用范围广，适用于优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、部分工模具钢、轴承钢及低淬透性结构钢。,1)根据端淬曲线合理选用钢材，以满足心部硬度的要求。,例如：某直径为35mm圆柱形工件，要求油淬(H=04)后表面硬度45HRC，心部硬度32HRC，可否选用40Cr?解：上图是40Cr钢的端淬曲线，在油淬“中心”栏内35mm处引垂线，与端淬曲线分别交于34HRC和57HRC处。这表明直径为35mm的40Cr钢棒料油淬后，中心处的硬度在34 50HRC之间，可满足心部硬度32HRC的要求。 在油淬“表面”栏的35mm处引垂线，与端淬曲线分别交于48H
14、RC和58HRC。这表明直径为35mm的40Cr钢棒料油淬后，表面硬度为48HRC58HRC，可满足表面硬度45HRC的要求。故该工件可选用40Cr钢。,45钢与45Cr钢的淬透性曲线,45钢 40Cr钢,2) 预测工件淬火后硬度分布,例如：某40Cr工件，有效厚度50mm，问水淬(H=1)和油淬(H=04)后沿横截面的硬度分布。 解：此题解法与上题类似。首先在水淬“表面”、“距中心3L4”及“中心”栏内50mm处分别引垂线，与端淬曲线分别交于53HRC、60HRC，465HRC、56HRC和33HRC、505HRC，这表明水淬后表面硬度为5360HRC，3R4处硬度为46556HRC，心部硬
15、度为33505HRC。同理可找出油淬后表面硬度为45565HRC，3R4处硬度为335505HRC，心部硬度为28435HRC。,3) 根据端淬曲线选择淬火介质，制订热处理工艺。,例如：某40Cr工件有效厚度为45mm，要求淬火后表面硬度52HRC，心部硬度33HRC，可否采用油淬(H=04)? 解：由图8-21查得直径45mm工件油淬后表面硬度为46575HRC，心部硬度为2946HRC。表面与心部硬度的下限均不符合要求，故不宜油淬。水淬表面硬度为5360HRC，心部硬度为3753 HRC。从满足硬度要求的角度考虑，可选用水淬；如欲减少淬火应力引起的变形，则应选用快速淬火油或水淬油冷的冷却方式。,
