热处理-钢的淬火工艺
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作者:鼎言热处理
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发布时间: 2019-10-28
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将工件加热到Ac3或Ac1以上一定温度,保温一定时间,使之全部或部分奥氏体化后以适当的方式冷却,获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺,称为淬火。淬火是强化钢材,充分发挥钢材性能潜力的重要手段,通常需与回火配合使用,才能获得各类零件或工具的使用性能要求
1.淬火工艺
(1)淬火加热参数的确定。淬火加热温度主要根据钢的化学成分,结合具体工艺因素进行确定。钢的化学成分是确定淬火加热温度的主要因素,应以Fe-Fe3C相图中钢的临界温度作为主要依据。亚共析钢的淬火加热温度应选择在Ac3以上30--50℃,该温度加热能得到细晶粒的奥氏体,淬火后获得细小的马氏体组织,从而获得较好的力学性能。共析钢、过共析钢的溶火加热温度应选择在Ac1以上30~50℃,在该温度加热可获得细小的奥氏体和碳化物,淬火后获得在马氏体基体上均匀分布细小碳体的组织,不仅耐磨性好,而且脆性也小。合金钢的淬火温度大致上可参考上述范围。考虑到合金元素会阻得碳的扩散,它们本身的扩散也比较困难,故其淬火温度可取上限或更高一些。图3-5为碳钢常用淬火加热温度范围示意图,图中的阴影线区域为淬火加热温度范围。
图3-5碳钢常采用淬火加热温度范围示意图
(2)淬火加热保温时间的确定。淬火加热速度和淬火加热保温时间也是淬火加热的两个重要参数。对形状复杂、要求变形小或用高合金钢制造的工件、大型合金钢锻件,必须限制加热速度,以减少淬火变形及开裂倾向,而形状简单的碳钢、低合金钢,则可快速加热。加热保温时间主要取决于材料本身的导热性、工件的形状尺寸、奥氏体化时间,同时还要注意碳化物、合金元素溶解的难易程度以及钢的过热倾向,如某些钢为缩短高温加热时间及减小内应力,可进行分段预热。估算加热时间的经验公式如下：
T= akD
式中,T为加热时间(min)
a为加热系数(min/mm);
k为工件装炉系数
D为工件的有效厚度(mm)。
工件的有效厚度按下述原则确定:轴类工件以其直径为有效厚度;板状或盘状工件以其厚度作为有效厚度;套筒类工件内孔小于壁厚者,以其外径作为有效厚度;若内孔大于壁厚者,则以壁厚为有效厚度;圆锥形工件以离小头2/3处直径作为有效厚度,复杂工件以其主要工作部分尺寸作为有效厚度;工件的有效厚度乘以工件的形状系数作为计算厚度。
2.淬火方法
淬火介质确定后,还需选择合理的淬火冷却方法,以保证既能实现淬火目的,又能最大限度地减小变形和防止开裂。现代淬火工艺方法不仅有奥氏体化直接淬火,而且还有能够控制淬火后组织性能及减小变形的各种淬火工艺方法,甚至可以把淬火冷却过程直接与热加工工序结合起来,如铸造淬火、锻后淬火、形变淬火等。淬火工艺方法应根据材料及其对组织、性能和工件尺寸精度的要求,在保证技术条件要求的前提下,充分考虑经济性和实用性来选择。常用的几种淬火方法的工艺特点如下。
(1)单介质淬火。将奥氏体化的工件直接淬入单一淬火介质中连续冷却到室温的方法,称为单介质淬火,对于形状复杂者可以预冷后淬入。例如,水或盐水的冷却能力较强,适合于大尺寸、淬透性较差的碳钢件;油的冷却能力较弱,适合于淬透性较好的合金钢件及大尺寸的碳钢件。单介质淬火工艺过程简单,操作方便,适于大批量生产,易于实现机械化和自动化。但由于采用一种不变冷却速度的介质,当采用水淬时,钢件在马氏体转变时产生较大的淬火应力,易产生变形开裂,某些钢用油淬又不易达到所需的硬度,所以,单介质淬火只适用于形状简单的工件。
(2)双介质淬火(双液淬火)。将工件加热到奥氏体化后,先淬入一种冷却能力强的介质中,在即将发生马氏体转变之前立即淬入另一种冷却能力弱的介质中冷却的方法。常用的双介质淬火方法有水-油、水一空气等,由水到油,所需要的时间不超过1-2s。这种淬火方法的优点是既能保证获得马氏体,又降低了马氏体转变时的冷却速度,减小了工件产生淬火内应力、变形和裂纹的危险,但在实际操作中有一定的困难,主要是不容易控制从一种介质转入另一种介质的时间或温度,此方法主要适用于形状复杂的碳钢件及尺寸较大的合金钢件,特别适用于高碳钢工件
(3)分级淬火。它是将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的M点的盐浴或碱浴炉中保温,当工件内外温度均匀后,再从浴炉中取出空冷至室温,完成马氏体转变。这种淬火方法由于工件内外温度均匀并在缓慢冷却条件下完成马氏体转变,不仅减小了淬火热应力(比双液淬火小),而且显著降低组织应力,因而有效地减小或防止了工件淬火变形和开裂。克服了双液淬火出水入油时间难以控制的缺点。但这种淬火方法由于冷却介质温度较高,工件在浴炉冷却速度较慢,而等温时间又有限制,所以,大截面零件难以达到其临界淬火速度。因此,分级淬火只适用于尺寸较小的工件,如刀具、量具和要求变形很小的精密工件“分级”温度也可取略低于Ms点的温度,此时由于温度较低冷却速度较快,等温以后已有相当一部分奥氏体转变为马氏体,当工件取出空冷时,剩余奥氏体发生马氏体转变。这种淬火方法适用于较大工件。
(4)贝氏体等温淬火(等温淬火)。将工件加热到奥氏体化后,快速冷却到贝氏体转变温度区间(260~400℃),保持一定时间,使奥氏体转变为贝氏体组织的淬火工艺,称为贝氏体等温淬火。等温淬火实际上是分级淬火的进一步发展。等温淬火的加热温度通常比普通淬火高些,目的是提高奥氏体的稳定性和增大其冷却速度,防止等温冷却过程中发生珠光体型转变。等温温度和时间应视工件组织和性能要求,由该钢的C曲线确定。由于等温温度比分级淬火高,减小了工件与淬火介质的温差,从而减小了淬火热应力,又因贝氏体比热容比马氏体小,而且工件内外温度一致,故淬火组织应力也较小。因此,等温淬火可以显著减小工件的变形和开裂倾向,适于处理形状复杂、尺寸要求精确,强度、韧性要求都很高的小型工件和重要的机器零件,如模具齿轮、成形刃具和弹簧等。同分级淬火一样,等温淬火也只能适用于尺寸较小的工件。
(5)喷射淬火法。它是向工件喷射急速水流的淬火方法这种方法主要用于局部淬火的工件。由于这种淬火方法不会在工件表面形成蒸汽膜,故可保证比普通水淬得到更深的淬硬层。采用细密水流并使工件上下运动或旋转,可保证实现工件均匀冷却淬火。
除了上述几种典型的淬火方法外,近年来还发展了许多提高钢的强韧性的新的淬火工艺,如高温淬火,循环快速加热淬火高碳钢低温、快速、短时加热淬火和亚共析钢的亚温淬火等、
3.淬火介质
淬火介质是在淬火工艺中所采用的冷却介质。淬火介质的冷却能力必须保证工件以大于临界冷却速度的冷却速度冷却才能获得马氏体,但过高的冷却速度又会增加工件的截面温差使热应力与组织应力增大,容易造成工件淬火冷却变形和开裂。所以,淬火介质的选择是个重要的问题。钢的理想淬火冷却速度如图3-6所示。
由图可见,理想淬火冷却速度是在过冷奥氏体分解最快的温度范围内(等温转变曲线鼻尖处)具有较大的冷却速度,以保证过冷奥氏体不分解为珠光体;而在进行马氏体转变时,即在M点以下温度的冷却速度应尽量小些,以减小组织转变应力。由于各种钢的过冷奥氏体的稳定性不高,以及实际工件尺寸形状的差异,同时能适合各种钢材不同尺寸工件的淬火介质是不现实的。
淬火介质的种类很多,常用的淬火介质有水、盐水、油、熔盐、空气等。各种淬火介质的冷却能力用淬火冷却烈度(H值)表示,其数字较大,表明该介质的冷却能力越强。表3-8为几种淬火介质的冷却烈度值。从表中可见,水和盐水的冷却能力最强,油的冷却能力较弱,空气最弱。为了改善冷却条件,提高冷却速度,一般在淬火时工件或淬火介质应进行运动。
生产中使用的淬火介质可分为两大类:一类是淬火过程中要发生物态变化的介质,如水溶液及油类等。此类介质沸点较低,工件的冷却主要依靠介质的汽化来进行;另一类是淬火过程中不发生物态变化(或变化较少)的介质,如熔盐、熔碱及气体等。工件在此类介质中的冷却主要依靠辐射、对流和传导来进行
4.钢的淬透性及淬硬性
(1)钢的淬透性。淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力,它是钢材本身固有的一个属性,是衡量不同钢种接受淬火能力的重要指标,它是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。淬透性是在规定条件下,钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。钢的淬透性与过冷奥氏体的稳定性有关,主要决定于化学成分和奥氏体化条件。一般情况下,钢中合金元素数量和种类越多,钢中含碳量越接近于共析成分,则奥氏体越稳定,钢的淬透性越好。同时,热处理加热温度越高,保温时间越长,得到的奥氏体越稳定,钢的淬透性也越好。其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度来表示。不同钢种在淬火时获得马氏体的能力不同,工件截面上由表面到内部得到的马氏体的深度也不同,得到马氏体组织的深度越大,则该钢种的淬透性越高。淬透性主要取决于钢的临界冷却速度,与过冷奥氏体的稳定性有密切的关系,过冷奥氏体越稳定,则孕育期越长,钢的临界冷却速度就越小,其淬透性越大。影响淬透性的主要因素有钢的化学成分、奥氏体晶粒尺寸、奥氏体成分的均匀性及未溶第二相等。碳浓度越接近共析成分,奥氏体越稳定,淬透性越好,溶于奥氏体的合金元素一般使C曲线右移,即淬透性增大;奥氏体晶粒越粗大,钢的淬透性越好;奥氏体的成分越均匀,淬透性越大;奥氏体中未溶第二相越多,越易分解,淬透性越小。合金钢的淬透性比碳钢好,尺寸较大的工件亦可淬透,由表及里均可获得较好的综合力学性能,而且可以采用较为缓和的冷却介质(如油冷,甚至是空冷),以减少淬火应力,减少变形与开裂的危险。
淬透性测定的方法有多种,如断口评级法、碳素工具钢淬透性试验法、计算法及结构钢末端淬透性试验法(简称端淬法)等。端淬法是测定结构钢淬透性最常用的方法,也可用于测定弹簧钢、轴承钢、工具钢的淬透性。GB225-1988规定了端淬法测定淬透性的试样形状、尺寸及实验方法。淬透性用淬透性曲线(也称为端淬曲线或H曲线)来表示,由于每一种钢的成分均定的波动范围,所以,端淬曲线也在一定范围内波动,形成个“淬透性带“
淬透性可用规定条件测得的淬硬层深度及分布曲线来表示泽硬深度一般是指从溶硬的工件表面量至规定硬度(一般为550HV)处的垂直距离。测得的淬硬深度越大,表明材料的淬透性越好。淬透性的表示方法有:U曲线法、临界淬透直径法及淬透性曲线等。U曲线的数值随试样尺寸和冷却介质的不同而变化,因而很少采用。临界直径是指工件在某种介质中淬火后,心部能淬透(心部获全部或半马氏体组织)的最大直径,用D0来表示,D0越大,表示这种钢的淬透性越高。常用钢材的临界直径见表3-9。根据钢的淬透性曲线,钢的淬透性值通常用J=HrC/d表示。J表示末端淬透性,d表示至末端的距离,HRC表示40在该处测得的硬度值。例如淬透性值j=40/5,即表示在淬透性带上距末端5mm处的硬度值为HRC40。
淬透性曲线可用来:估算钢的临界直径;求出不同直径棒材截面上的硬度分布;根据工件的工艺要求,选择适当钢种及其热处理规范;确定工件的淬硬层深度。
钢的淬透性对于合理选用钢材,正确制订热处理工艺,都具有非常重要的意义。例如,对于大截面、形状复杂和在动载荷下工作的工件,以及承受轴向拉压的连杆、螺栓、拉杆、锻模等要求表面和心部性能均匀一致的零件,应选用淬透性良好的钢材以保证心部淬透;对于承受弯曲、扭转应力(如轴类)以及表面要求耐磨并承受冲击力的模具,因应力主要集中在表面,因此,可不要求全部淬透,而选择淬透性较差的钢材;焊接件一般不选用淬透性好的钢,否则在焊接和热影响区将出现淬火组织造成焊件变形、开裂。
(2)钢的淬硬性。钢的淬硬性也称可硬性,是指钢淬火后所能达到的最高硬度,它主要决定于钢中的含碳量,而合金元素对淬硬性影响不大。这是因为合金元素在马氏体的晶格中不是处于间隙位置,而是置换了某些铁原子,对马氏体晶格所造成的畸变远不及碳的作用大。淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。淬硬性主要取决于马氏体的含碳量,淬火加热时固溶于奥氏体中的碳越多,淬火后的硬度越高,淬硬性与合金元素基本无关。淬硬性高的钢,不一定淬透性就好;而淬硬性低的钢,也可能具有好的淬透性。
1.淬火工艺
(1)淬火加热参数的确定。淬火加热温度主要根据钢的化学成分,结合具体工艺因素进行确定。钢的化学成分是确定淬火加热温度的主要因素,应以Fe-Fe3C相图中钢的临界温度作为主要依据。亚共析钢的淬火加热温度应选择在Ac3以上30--50℃,该温度加热能得到细晶粒的奥氏体,淬火后获得细小的马氏体组织,从而获得较好的力学性能。共析钢、过共析钢的溶火加热温度应选择在Ac1以上30~50℃,在该温度加热可获得细小的奥氏体和碳化物,淬火后获得在马氏体基体上均匀分布细小碳体的组织,不仅耐磨性好,而且脆性也小。合金钢的淬火温度大致上可参考上述范围。考虑到合金元素会阻得碳的扩散,它们本身的扩散也比较困难,故其淬火温度可取上限或更高一些。图3-5为碳钢常用淬火加热温度范围示意图,图中的阴影线区域为淬火加热温度范围。
图3-5碳钢常采用淬火加热温度范围示意图
(2)淬火加热保温时间的确定。淬火加热速度和淬火加热保温时间也是淬火加热的两个重要参数。对形状复杂、要求变形小或用高合金钢制造的工件、大型合金钢锻件,必须限制加热速度,以减少淬火变形及开裂倾向,而形状简单的碳钢、低合金钢,则可快速加热。加热保温时间主要取决于材料本身的导热性、工件的形状尺寸、奥氏体化时间,同时还要注意碳化物、合金元素溶解的难易程度以及钢的过热倾向,如某些钢为缩短高温加热时间及减小内应力,可进行分段预热。估算加热时间的经验公式如下：
T= akD
式中,T为加热时间(min)
a为加热系数(min/mm);
k为工件装炉系数
D为工件的有效厚度(mm)。
工件的有效厚度按下述原则确定:轴类工件以其直径为有效厚度;板状或盘状工件以其厚度作为有效厚度;套筒类工件内孔小于壁厚者,以其外径作为有效厚度;若内孔大于壁厚者,则以壁厚为有效厚度;圆锥形工件以离小头2/3处直径作为有效厚度,复杂工件以其主要工作部分尺寸作为有效厚度;工件的有效厚度乘以工件的形状系数作为计算厚度。
2.淬火方法
淬火介质确定后,还需选择合理的淬火冷却方法,以保证既能实现淬火目的,又能最大限度地减小变形和防止开裂。现代淬火工艺方法不仅有奥氏体化直接淬火,而且还有能够控制淬火后组织性能及减小变形的各种淬火工艺方法,甚至可以把淬火冷却过程直接与热加工工序结合起来,如铸造淬火、锻后淬火、形变淬火等。淬火工艺方法应根据材料及其对组织、性能和工件尺寸精度的要求,在保证技术条件要求的前提下,充分考虑经济性和实用性来选择。常用的几种淬火方法的工艺特点如下。
(1)单介质淬火。将奥氏体化的工件直接淬入单一淬火介质中连续冷却到室温的方法,称为单介质淬火,对于形状复杂者可以预冷后淬入。例如,水或盐水的冷却能力较强,适合于大尺寸、淬透性较差的碳钢件;油的冷却能力较弱,适合于淬透性较好的合金钢件及大尺寸的碳钢件。单介质淬火工艺过程简单,操作方便,适于大批量生产,易于实现机械化和自动化。但由于采用一种不变冷却速度的介质,当采用水淬时,钢件在马氏体转变时产生较大的淬火应力,易产生变形开裂,某些钢用油淬又不易达到所需的硬度,所以,单介质淬火只适用于形状简单的工件。
(2)双介质淬火(双液淬火)。将工件加热到奥氏体化后,先淬入一种冷却能力强的介质中,在即将发生马氏体转变之前立即淬入另一种冷却能力弱的介质中冷却的方法。常用的双介质淬火方法有水-油、水一空气等,由水到油,所需要的时间不超过1-2s。这种淬火方法的优点是既能保证获得马氏体,又降低了马氏体转变时的冷却速度,减小了工件产生淬火内应力、变形和裂纹的危险,但在实际操作中有一定的困难,主要是不容易控制从一种介质转入另一种介质的时间或温度,此方法主要适用于形状复杂的碳钢件及尺寸较大的合金钢件,特别适用于高碳钢工件
(3)分级淬火。它是将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的M点的盐浴或碱浴炉中保温,当工件内外温度均匀后,再从浴炉中取出空冷至室温,完成马氏体转变。这种淬火方法由于工件内外温度均匀并在缓慢冷却条件下完成马氏体转变,不仅减小了淬火热应力(比双液淬火小),而且显著降低组织应力,因而有效地减小或防止了工件淬火变形和开裂。克服了双液淬火出水入油时间难以控制的缺点。但这种淬火方法由于冷却介质温度较高,工件在浴炉冷却速度较慢,而等温时间又有限制,所以,大截面零件难以达到其临界淬火速度。因此,分级淬火只适用于尺寸较小的工件,如刀具、量具和要求变形很小的精密工件“分级”温度也可取略低于Ms点的温度,此时由于温度较低冷却速度较快,等温以后已有相当一部分奥氏体转变为马氏体,当工件取出空冷时,剩余奥氏体发生马氏体转变。这种淬火方法适用于较大工件。
(4)贝氏体等温淬火(等温淬火)。将工件加热到奥氏体化后,快速冷却到贝氏体转变温度区间(260~400℃),保持一定时间,使奥氏体转变为贝氏体组织的淬火工艺,称为贝氏体等温淬火。等温淬火实际上是分级淬火的进一步发展。等温淬火的加热温度通常比普通淬火高些,目的是提高奥氏体的稳定性和增大其冷却速度,防止等温冷却过程中发生珠光体型转变。等温温度和时间应视工件组织和性能要求,由该钢的C曲线确定。由于等温温度比分级淬火高,减小了工件与淬火介质的温差,从而减小了淬火热应力,又因贝氏体比热容比马氏体小,而且工件内外温度一致,故淬火组织应力也较小。因此,等温淬火可以显著减小工件的变形和开裂倾向,适于处理形状复杂、尺寸要求精确,强度、韧性要求都很高的小型工件和重要的机器零件,如模具齿轮、成形刃具和弹簧等。同分级淬火一样,等温淬火也只能适用于尺寸较小的工件。
(5)喷射淬火法。它是向工件喷射急速水流的淬火方法这种方法主要用于局部淬火的工件。由于这种淬火方法不会在工件表面形成蒸汽膜,故可保证比普通水淬得到更深的淬硬层。采用细密水流并使工件上下运动或旋转,可保证实现工件均匀冷却淬火。
除了上述几种典型的淬火方法外,近年来还发展了许多提高钢的强韧性的新的淬火工艺,如高温淬火,循环快速加热淬火高碳钢低温、快速、短时加热淬火和亚共析钢的亚温淬火等、
3.淬火介质
淬火介质是在淬火工艺中所采用的冷却介质。淬火介质的冷却能力必须保证工件以大于临界冷却速度的冷却速度冷却才能获得马氏体,但过高的冷却速度又会增加工件的截面温差使热应力与组织应力增大,容易造成工件淬火冷却变形和开裂。所以,淬火介质的选择是个重要的问题。钢的理想淬火冷却速度如图3-6所示。
由图可见,理想淬火冷却速度是在过冷奥氏体分解最快的温度范围内(等温转变曲线鼻尖处)具有较大的冷却速度,以保证过冷奥氏体不分解为珠光体;而在进行马氏体转变时,即在M点以下温度的冷却速度应尽量小些,以减小组织转变应力。由于各种钢的过冷奥氏体的稳定性不高,以及实际工件尺寸形状的差异,同时能适合各种钢材不同尺寸工件的淬火介质是不现实的。
淬火介质的种类很多,常用的淬火介质有水、盐水、油、熔盐、空气等。各种淬火介质的冷却能力用淬火冷却烈度(H值)表示,其数字较大,表明该介质的冷却能力越强。表3-8为几种淬火介质的冷却烈度值。从表中可见,水和盐水的冷却能力最强,油的冷却能力较弱,空气最弱。为了改善冷却条件,提高冷却速度,一般在淬火时工件或淬火介质应进行运动。
生产中使用的淬火介质可分为两大类:一类是淬火过程中要发生物态变化的介质,如水溶液及油类等。此类介质沸点较低,工件的冷却主要依靠介质的汽化来进行;另一类是淬火过程中不发生物态变化(或变化较少)的介质,如熔盐、熔碱及气体等。工件在此类介质中的冷却主要依靠辐射、对流和传导来进行
4.钢的淬透性及淬硬性
(1)钢的淬透性。淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力,它是钢材本身固有的一个属性,是衡量不同钢种接受淬火能力的重要指标,它是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。淬透性是在规定条件下,钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。钢的淬透性与过冷奥氏体的稳定性有关,主要决定于化学成分和奥氏体化条件。一般情况下,钢中合金元素数量和种类越多,钢中含碳量越接近于共析成分,则奥氏体越稳定,钢的淬透性越好。同时,热处理加热温度越高,保温时间越长,得到的奥氏体越稳定,钢的淬透性也越好。其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度来表示。不同钢种在淬火时获得马氏体的能力不同,工件截面上由表面到内部得到的马氏体的深度也不同,得到马氏体组织的深度越大,则该钢种的淬透性越高。淬透性主要取决于钢的临界冷却速度,与过冷奥氏体的稳定性有密切的关系,过冷奥氏体越稳定,则孕育期越长,钢的临界冷却速度就越小,其淬透性越大。影响淬透性的主要因素有钢的化学成分、奥氏体晶粒尺寸、奥氏体成分的均匀性及未溶第二相等。碳浓度越接近共析成分,奥氏体越稳定,淬透性越好,溶于奥氏体的合金元素一般使C曲线右移,即淬透性增大;奥氏体晶粒越粗大,钢的淬透性越好;奥氏体的成分越均匀,淬透性越大;奥氏体中未溶第二相越多,越易分解,淬透性越小。合金钢的淬透性比碳钢好,尺寸较大的工件亦可淬透,由表及里均可获得较好的综合力学性能,而且可以采用较为缓和的冷却介质(如油冷,甚至是空冷),以减少淬火应力,减少变形与开裂的危险。
淬透性测定的方法有多种,如断口评级法、碳素工具钢淬透性试验法、计算法及结构钢末端淬透性试验法(简称端淬法)等。端淬法是测定结构钢淬透性最常用的方法,也可用于测定弹簧钢、轴承钢、工具钢的淬透性。GB225-1988规定了端淬法测定淬透性的试样形状、尺寸及实验方法。淬透性用淬透性曲线(也称为端淬曲线或H曲线)来表示,由于每一种钢的成分均定的波动范围,所以,端淬曲线也在一定范围内波动,形成个“淬透性带“
淬透性可用规定条件测得的淬硬层深度及分布曲线来表示泽硬深度一般是指从溶硬的工件表面量至规定硬度(一般为550HV)处的垂直距离。测得的淬硬深度越大,表明材料的淬透性越好。淬透性的表示方法有:U曲线法、临界淬透直径法及淬透性曲线等。U曲线的数值随试样尺寸和冷却介质的不同而变化,因而很少采用。临界直径是指工件在某种介质中淬火后,心部能淬透(心部获全部或半马氏体组织)的最大直径,用D0来表示,D0越大,表示这种钢的淬透性越高。常用钢材的临界直径见表3-9。根据钢的淬透性曲线,钢的淬透性值通常用J=HrC/d表示。J表示末端淬透性,d表示至末端的距离,HRC表示40在该处测得的硬度值。例如淬透性值j=40/5,即表示在淬透性带上距末端5mm处的硬度值为HRC40。
淬透性曲线可用来:估算钢的临界直径;求出不同直径棒材截面上的硬度分布;根据工件的工艺要求,选择适当钢种及其热处理规范;确定工件的淬硬层深度。
钢的淬透性对于合理选用钢材,正确制订热处理工艺,都具有非常重要的意义。例如,对于大截面、形状复杂和在动载荷下工作的工件,以及承受轴向拉压的连杆、螺栓、拉杆、锻模等要求表面和心部性能均匀一致的零件,应选用淬透性良好的钢材以保证心部淬透;对于承受弯曲、扭转应力(如轴类)以及表面要求耐磨并承受冲击力的模具,因应力主要集中在表面,因此,可不要求全部淬透,而选择淬透性较差的钢材;焊接件一般不选用淬透性好的钢,否则在焊接和热影响区将出现淬火组织造成焊件变形、开裂。
(2)钢的淬硬性。钢的淬硬性也称可硬性,是指钢淬火后所能达到的最高硬度,它主要决定于钢中的含碳量,而合金元素对淬硬性影响不大。这是因为合金元素在马氏体的晶格中不是处于间隙位置,而是置换了某些铁原子,对马氏体晶格所造成的畸变远不及碳的作用大。淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。淬硬性主要取决于马氏体的含碳量,淬火加热时固溶于奥氏体中的碳越多,淬火后的硬度越高,淬硬性与合金元素基本无关。淬硬性高的钢,不一定淬透性就好;而淬硬性低的钢,也可能具有好的淬透性。
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