钢的淬透性曲线的测定

钢的淬透性曲线的测定一、实验目的与要求1．建立淬透性的概念，熟悉测定结构钢淬透性的方法。

2．了解淬透性及淬透性曲线在热处理工艺上的一些应用。

二、实验设备及材料1. 设备：箱式电阻加热炉；端淬装置。

2. 材料：45钢和40Cr钢制成的标准端淬试样若干个。

三、实验原理所谓钢的淬透性，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。

淬透性的大小是用淬透层深度来表示的。

从理论上讲，淬透性应以全部马氏体（或含少量残余奥氏体)组织的深度来定。

但实际土，要用测硬度的办法来确定这一深度很困难。

因为当马氏体组织中含有少量非马氏体组织时，在硬度值上并无明显变化。

只有当钢中含有50％马氏体组织时，硬度才会发生明显变化，且在宏观腐蚀时，此区域又是白亮层与未硬化区的分界，容易确认。

因此，在实践中人为地把工件表面到半马氏体组织的深度作为淬透层深度。

半马氏体组织的硬度主要取决于钢的含碳量。

图1-3表明了含碳量与半马氏体组织硬度的关系。

钢的淬透性的大小对其热处理后的机械性能有很大的影响，对合理选材及正确制定热处理工艺都是十分重要的。

影响钢的淬透性的因素很多，如钢的化学成分、奥氏体化温度及钢的原始组织等。

应当指出，钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念。

淬硬性是指钢淬火后获得马氏体的最大硬度值，与钢的含碳量有关，含磷量高，淬硬性相应就好。

四、实验内容及步骤一）内容：45钢末端淬透性实验。

试样按GB225-63中规定了试样的形状和尺寸（见图3-1）。

图3-1 端淬试验原理图二）步骤：1. 将试样按热处理工艺规范进行加热并保温后，迅速从炉中取出，放在顶端淬火器上（见图2-1）。

同时打开喷水阀门进行喷水，喷水时间不应少于10分钟，水温应保持在10—30℃，自由水柱高度以65mm 为准2. 淬火后将试样圆柱表面相对称的两侧各磨去0.4mm 的深度，以得到两个相互平行的平面。

磨制过程中要进行冷却，以免试样产生回火而影响硬度的测量。

(3)钢的淬透性淬透性是钢的主要热处理工艺性能，它对合理选用材料及正确制定热处理工艺，具有十分重要的意义。

1)淬透性的概念淬透性，从组织上讲，是指钢淬火时全部或部分地获得马氏体组织的难易程度;从硬度上讲，是指钢淬火时获得较深淬硬层或中心被淬硬(淬透)的能力。

淬硬层越深，表明钢的淬透性越好。

从理论上讲，淬硬层深度应是工件整个截面上全部淬成马氏体的深度。

但实际上，一般规定从工件表面向里至半马氏体区(马氏体与非马氏体组织各占一半处)的垂直距离作为有效淬硬层深度。

用半马氏体处作淬硬层界限，只要测出截面上半马氏体硬度值的位置，即可确定出淬硬层深图 3-22 工件淬透层深度与冷却速度的关系示意图度。

零件淬火所能获得的淬硬层深度是变化的，随钢的淬透性、零件尺寸和形状以及工艺规范的不同而变化。

实际淬火工作中，如果整个截面都得到马氏体，即表明工件已淬透。

但大的工件经常是表面淬成了马氏体，而心部未得到马氏体，这是因为淬火时，表层冷却速度大于临界冷却速度V而K心部小于V的缘故，如图3-22所示。

K2)注意区分两对易混淆的概念?淬透性与淬硬性的区别淬透性:表明钢淬火时获得马氏体的能力。

过过冷奥氏体越稳定，C曲线越向右移，马氏体临界冷却速度V越小，钢的淬透性越好(越高)。

它主要取决于奥氏体合金含量。

k淬硬性:表示钢淬火后能达到最高硬度的能力。

淬火后硬度越高，淬硬性越好(越高)。

它主要取决于马氏体碳的质量分数，合金元素含量对淬硬性没有显著影响。

所以说，淬透性好的钢，其淬硬性不一定高。

例题1:比较T10 、20CrMnTi 、40Cr 三种钢的淬透性和淬硬性的高低。

请选择: 最高较高最低T10 20CrMnTi 40Cr最低最高较高淬透性最高最低较高淬硬性?淬透性和具体条件下具体零件的淬透层深度的区别在同样奥氏体条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但不能说同一种钢水淬与油淬时的有效淬透层深度相同。

钢的淬透层深度与钢的临界冷却速度、工件的截面尺寸和介质的冷却能力有关。

端淬试验机测定钢淬透性的方法一、试验要求1.了解测定淬透性的一般方法；2.熟悉并利用端淬试验法测定钢的淬透性；3.建立淬透性的概念及对热处理工艺的作用。

二、试验原理钢的淬透性是表示钢获得马氏体的能力，是钢本身所固有的属性。

淬透性与淬硬性是两个概念，淬硬性是钢的表面由于马氏体转变所能得到最大硬度，它与钢的含碳量有关。

在生产实践中人们通常把工件表面到半马氏体组织区域的深度作为淬透层深度。

钢的淬透性与淬火临界冷却速度有着密切的关系，而淬火临界冷却速度的大小又取决于钢的过冷奥氏体的稳定性，因此，凡是影响过冷奥氏体稳定性的诸因素，都会影响钢的淬透性。

淬透性的大小对钢材热处理的机械性能有很大的影响。

如果工件被淬透了，则表里的组织和性能均匀一致，能充分发挥钢的机械性能的潜力，如工件未淬透，则表面的组织和性能存在差异，经回火后的屈服强度和冲击韧性较低。

造成这种差别的重要原因在于：在淬火时，中心未淬透部分形成了非马氏体组织，回火后仍保持其片状组织特性；而在表面获得马氏体的部分，经回火后为粒状碳化物分布在铁素体基体上的混合组织，综合性能较好。

由上所述，淬透性的大小对钢材的合理选用及热处理工艺的正确制定都是十分重要的。

目前，测定钢的淬透性方法很多，常用的方法有两种：三、淬透性的测定1.断口法：从淬透层和未淬透层的宏观断口观察，可以较明显的分成两部分，淬透层呈暗黑色。

从硬度分布来看，因为碳钢的半马氏体区的硬度与碳含量有关（合金钢的半马氏体硬度一般比碳钢略高一些）见表1不同含碳量半马氏体区硬度表一含碳量％半马氏体区硬度HRC 含碳量％半马氏体区硬度HRC0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 —323539440.60.70.80.91.047515354—在同样尺寸同样冷却条件下，通过硬度测定，可以测出不同钢由表层至至中心的硬度分布情况，比较它们截面上硬度分布曲线，就可以知道它们淬透层的深度及淬透性的好坏，图1为φ50毫米的40Cr钢与40＃钢水淬后的截面硬度分布曲线。

结构钢的淬透性曲线测定（3学时）一、实验目的1、学会用末端淬火法测定钢的淬透性曲线。

2、学会确定钢的“临界淬透直径”的方法。

二、实验内容：1、概述：钢的淬透性是指钢在淬火时所能得到的淬硬层深度大小的能力，淬硬层是指有钢的表面至半马氏体区的深度。

它决定了钢淬火后，从表面到心部硬度的分布情况。

它是钢的一种热处理工艺性能，它已成为机械设计时合理的选择钢材和生产上正确制定热处理工艺的主要依据之一。

半马氏体区的深度取决于钢的含碳量，图5—1为不同含碳量的碳钢的半马氏体的硬度。

由图可知半马氏体区的深度随含碳量的增加而有规律性的提高。

按国家标准规定淬透性的测定方法有以下两种：1）、碳素工具钢淬透性试验法（GB227—63）；按断口状态评定淬透性的一种方法2）、结构钢末端淬透性试验法（GB225—63）。

适用于碳素及一般合金结构钢。

本实验为结构钢末端淬透性试验。

图5—1 图5—2 图5—3（1）、碳素工具钢淬透性试验法（GB227—63）；按断口状态评定淬透性的一种方法，（2）、结构钢末端淬透性试验法（GB225—63）。

适用于碳素及一般合金结构钢。

本实验为结构钢末端淬透性试验。

2、末端淬透性实验法：末端淬透性试验通常用于测定碳素结构钢及一般合金结构钢的淬透性供实验用的试样，在标准中已作了规定，其尺寸与加工精度如图5—2所示：试样放在控温准确的电炉中加热，淬火加热温度应与该钢种标准技术条件中规定的淬火温度为准，保温时间为30分钟。

加热试样自炉内取出至水淬开始时间不得超过5秒钟淬火时试样应放在特殊支架上冷却，如图5—3所示。

试样支架必须保证在淬火过程水柱垂直向上喷射在试样末中心部位，试样顶端至喷水口距离为12.5毫米，喷水口直径为12.5毫米，在淬火过程中注意不能让水溅到试样侧面。

为了保证冷却条件一致，必须事先调整好水柱的自由高度65±10毫米，支架上有水应事先擦干，淬火过程中水压要稳定，水淬时间不得少于10分钟。

§6-6 钢的淬透性
定义：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性。

即同等条件下，得到M层深度（淬透层）的能力。

一、影响淬透性的因素
钢的成分决定了C曲线的位置，C曲线越右，淬透层越深。

二、淬透性的测定及其表示方法
1、淬透性的测定
将标准试样加热奥氏体化后, 迅速放入末端淬火试验机的冷却孔中, 喷水（水温20-30℃）冷却。

在试样测面沿长度方向每隔一定距离测量一个硬度值, 即可测得试样沿长度方向上的硬度变化, 所得曲线称为淬透性曲线。

2、淬透性曲线的应用
在实际生产中,规定淬透层深度即是从试样表面至半马氏体区的 距离。

在同样淬火条件下, 淬透层深度越大,则钢的淬透性越好。

利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，淬透性越好。

图中可知 40Cr 钢的淬透性比45钢要好。

3、淬透性的表示方法
①用淬透性曲线表示
钢的淬透性值用 d HRC J 表示。

其中：J 表示末端淬火的淬透性； d 表示距水冷端的距离；
HRC 为该处的硬度。

例如, 淬透性值5
42J ,即表示距水冷端5mm 试样硬度为42HRC 。

②用临界淬透直径D 0表示
奥氏体化的钢在一定介质中淬透的最大直径。

实验钢的淬透性测定一:定义：钢的淬透性——指钢材被淬透的能力，或者说钢的淬透性是指表征钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。

应该注意，钢的淬透性与可硬性两个概念的区别。

淬透性系指淬火时获得马氏体难易程度。

它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关，可硬性指淬成马氏体可能得到的硬度，因此它主要和钢中含碳量有关。

二：淬透性影响因素1：钢的化学成分：a）：当加热温度低于Acm点时，含C量低于1％以下，随含碳量增加，临界冷却速度下降，淬透性提高，含C量高于1％时，则相反，当加热温度高于Ac3或Acm时，则随含碳量增加，临界冷却速度下降。

b）：合金元素除Ti，Zr，和Co外所有元素提高淬透性。

2：奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。

3：奥氏体化温度：提高奥氏体化温度，不仅使奥氏体晶粒粗大，促使碳化物及其它非金属夹杂物流入，并使奥氏体成分均匀化，提高过冷奥氏体稳定性，从而提高淬透性。

4：第二相及其分布:奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在以及其大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬透性。

三：淬透性的实验测定方法有两种方法，一种是临界直径法，另一种是端淬法。

1．临界直径法一组由被测钢制成的不同直径的圆形棒按规定淬火条件(加热温度，冷却介质)进行淬火，然后在中间部位垂直于轴线截断，经磨光，制成粗晶试样后，沿着直径方向瞄定自表面至心部的硬度分布曲线。

发现随着试样直径增加，心的出现暗色易腐蚀区，表面为亮圈，且随着直径的继续增大，暗区愈来愈大，亮圈愈来凶小。

若与硬度分布曲线对应地观察，则该二区的分界线正好是硬度变化最大部位；若观察金相组织，则正好是50％马氏体和非马氏体的混合组织区，愈向外靠近表面，马氏体愈多，向里则马氏体急剧减少。

分界线上的硬度代表马氏体区的硬度，格罗斯曼(Gmssmann)将此硬度称为临界硬度或半马氏体硬度。

亮区就是淬硬层，暗区就是未淬硬层，把未出现暗区的最大试样直径称为淬火临界直径，则其含义为该种钢在该种淬火介质中能够完全淬透的最大直径。

103科学技术Science and technology钢末端淬透性检验的影响因素李长贵，马 娟，海秀英，陆建民，雷国清（西宁特殊钢股份有限公司，青海省冶金产品研究与开发重点实验室），青海 西宁 810005）摘 要：通过试验阐述了影响末端淬透性能试验结果的主要因素以及在测试过程中应注意的问题。

结果表明：热处理工艺、试样表面粗糙度、平行度、化学成分及检验设备都会对试验结果产生影响；在末端淬透性测试时应注意硬度计的校准、试验力的保持时间、试样表面粗糙度、试样平行度等问题。

关键词：淬透性；洛氏硬度；粗糙度中图分类号：TG142.15 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）08-0103-2收稿日期：2019-08作者简介：李长贵，男，生于1983年，汉族，青海西宁人，本科，助理工程师，研究方向：冶金产品理化检验。

近年来，汽车工业对齿轮钢的质量和性能要求越来越高，许多齿轮生产企业对齿轮钢的技术指标提出了严格要求；淬透性试验方法顶端淬火试验GB/T 225-2006钢淬透性的末端淬火试验方法（Jominy 试验），是一种测定淬透性的简便方法，在许多国家已标准化。

图1是用标准试样经适当奥氏体化后进行顶端淬火的示意图。

顶端淬火时冷却速度由淬火端沿试棒逐渐减小，组织和硬度随之相应地变化，由此得到的硬度变化曲线（图2）称为淬透性曲线。

严格地说，这种曲线只对某一炉次的钢有效；对于某一定钢种来说，由于化学成分的差异（成分波动及偏析）、预先热处理工艺的差异（显微组织上的差异），其淬透性曲线可在相当大的范围内波动，形成一个淬透性带（图3）。

图1 顶端淬火图2 淬透性曲线图3 淬透性带1 热处理工艺对淬透性的影响钢的淬火加热温度主要由钢的化学成分和所要求的淬火组织来确定，一般采用Ac3以上30℃~50℃。

保温的目的使试样透热（即工试样整个截面都达到规定的淬火加热温度），完成加热时的转变过程，获得所需成分的细晶粒奥氏体，在这个前提下，应尽量缩短保温时间，以减少氧化和脱碳。

1.何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。

答：（1）为了改变钢材内部的组织结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一种综合的热加工工艺过程。

（2）热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。

（3）热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。

一个毛坯件经过预备热处理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。

热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。

此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。

2.解释下列名词：1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。

（2）实际晶粒度：是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。

（3）本质晶粒度：根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。

2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。

索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。

屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。

马氏体：碳在α-fe中的过饱和固溶体。

3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；答：奥氏体: 碳在中形成的间隙固溶体.过冷奥氏体: 处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。

实验一：钢的淬透性测定实验学时：3实验类型：综合性实验实验要求：必修一、实验目的（一）掌握钢的淬透性的实验方法，重点末端淬火法。

（二）了解化学成分、奥氏体化温度及晶粒度对钢的淬透性的影响。

二、实验内容、实验原理、方法和手段（一）淬透性的概念及其影响因素在实际生产中，零件一般通过淬火得到马氏体，以提高机械性能。

钢的淬透性是指钢经奥氏体化后在一定冷却条件下淬火时获得马氏体组织的能力。

常用淬透性曲线、淬硬层深度或临界淬透直径来表示。

淬透性与淬硬性不同，它是淬硬层深度的尺度而不是获得的最大的硬度值。

它决定淬火后从表面到心部硬度分布的情况。

一般规定“由钢的表面至内部马氏体占50％（其余的50％为珠光体类型组织）的组织处的距离”为淬硬层深度。

淬硬层越深，就表明该钢的淬透性越好。

如果淬硬层尝试达到心部，则表明该钢全部淬透。

影响淬透性的因素很多，最主要的是钢的化学成分，其次为奥氏体化温度、晶粒度等等。

钢的淬透性与过冷奥氏体稳定性有密切的关系。

当奥氏体向珠光体转变的速度越慢，也就是等温转变开始曲线越向右移，钢的淬透性越大，反之就越小，可见影响淬透性的因素与影响奥氏体等温转变的因素是相同的。

溶入奥氏体的大多数合金元素除Co以外，都增加过冷奥氏体的稳定性，使曲线右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。

钢中含碳量对临界冷却速度的影响为：亚共析钢随含碳量的增加，临界冷却速度降低，淬透性增加；过共析钢随含碳量的增加，临界冷却速度增高，淬透性下降。

含碳量超过1.2％～1.3％时，淬透性明显降低。

（二）淬透性的测定方法淬透性的测定可以大致分为计算法和实验法两类。

目前使用的方法还是实验法，它主要是通过测定标准试样来评价钢的淬透性。

具体的试验方法有多种，现将其中通常采用的四种方法概述如下。

1、断口检验法根据GB227—63《炭素工具钢淬透性试验法》（低合金工具钢也可参照此标准）的规定，在退火钢棒截面中部截取2～3个试样，方形试样的横截面尺寸为20mm×20mm(±0.2)，圆形截面为φ22～33mm，长度为100±5mm，试样中间一侧开一个深度为3～5mm的V形槽，以利于淬火后打断观察断口。

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程淬透性的测定方法主讲教师：雷伟斌西安航空职业技术学院淬透性的测定方法一、末端淬火法简称端淬试验，是目前国内外应用最广泛的淬透性评定方法，其主要特点是方法简便、应用范围广，可用于测定碳素钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢等的淬透性。

端淬试验所用试样为φ 25×100 mm 的圆柱形试样，将试样加热奥氏体化后放到端淬试验台上对其下端喷水冷却（图1a ）。

喷水柱自由高度为65 mm ，喷水管口距试样末端为12.5 mm ，水温为10-30︒C 。

待试样全部冷透后，将试样沿轴线方向在相对180︒的两边各磨去0.2~0.5 mm 的深度，获得两个互相平行的平面，然后从距水冷端1.5 mm 处沿轴线测定洛氏硬度值，当硬度下降缓慢时可以每隔3 mm 测一次硬度。

将测定结果绘成硬度分布曲线，即钢的淬透性曲线（图1b ）。

钢的淬透性以J d HRC 来表示，d 为至水冷端的距离，HRC 为在该处测定的硬度值。

如J 640，表示距水冷端6 mm 处试样的硬度值为40 HRC 。

由于钢中成分波动，所以每一种钢的淬透性曲线上都有一个波动范围，称为淬透性带。

钢的顶端淬火淬透性曲线并不能直接表示出可以淬透的工件直径，还需借助其他图表进行换算。

二、临界直径法如果试样中心硬度高于（等于）半马氏体区硬度，就可以认为试样被淬透。

则用上述U 曲线法评定时，总可以找到在一定的淬火介质中冷却时能够淬透（达到半马氏体区硬度）的临界直径。

小于此直径时全部可以淬透，而大于此直径时就不能淬透。

这个临界直径用D 0表示。

相同淬火介质图1 端淬试验与淬透性曲线a)试样与装置 b)淬透性曲线中的D 0值，就可以表示不同钢种的淬透性。

显然，钢种及淬火介质不同，D 0也不同。

为了排除冷却条件的影响，根据传热方程的解，建立了理想临界直径D 0的概念。

假设淬火介质的淬冷烈度H 为无穷大，即试样淬入冷却介质时其表面温度可立即冷却到淬火介质的温度，此时所能淬透（形成50％马氏体）的最大直径称为理想临界直径D i 。

热处理习题及答案1.何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。

答：（1）为了改变钢材内部的组织结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一种综合的热加工工艺过程。

（2）热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。

（3）热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。

一个毛坯件经过预备热处理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。

热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。

此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。

2.解释下列名词：1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。

（2）实际晶粒度：是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。

（3）本质晶粒度：根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。

2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。

索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。

屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。

马氏体：碳在α-fe中的过饱和固溶体。

3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；答：奥氏体: 碳在中形成的间隙固溶体.过冷奥氏体: 处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。