5.6 钢的淬透性

(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。

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。

钢的淬透性测定实验结论
钢的淬透性测定实验是用来评估钢材的淬透性能力，在淬火过程中钢材的冷却速度与其淬透性直接相关。

实验结果的结论主要根据材料的显微组织和硬度来进行判定。

如果钢材经过淬火处理后，在显微组织上呈现出均匀细小的马氏体，并且硬度较高，说明钢材具有良好的淬透性能力。

这意味着钢材在淬火过程中能够迅速冷却并形成高硬度的马氏体结构。

另一方面，如果钢材的显微组织呈现出大块体结构或者硬度较低，说明钢材的淬透性能力较差。

这可能是由于冷却速度不够快或者钢材的化学成分不适宜导致的。

总而言之，钢的淬透性测定实验的结论主要取决于钢材的显微组织和硬度，能够评估钢材的淬透性能力。

淬透性与淬硬性淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。

1.淬硬性与淬透性的概念淬硬性是钢在理想条件下进行淬火得到马氏体后硬化所能达到的最高硬度的能力。

决定钢淬硬性高低的主要因素是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越高，钢的淬硬性也就越高。

而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。

淬透性表示钢在一定条件下淬火时获得淬透层深度的能力，主要受奥氏体中的碳含量和合金元素的影响，指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度和硬度分布的特性，钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示，淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好，钢的淬透性主要取决于它的化学成分，淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀性一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火介质，以减少变形和开裂另外，由于淬透性和淬硬性是两个概念，因此淬火后硬度髙的钢，不一定淬透性就高；而硬度低的钢也可能具有很髙的淬透性。

2.淬硬性评价方法热处理行业目前通用认可的方法是采用瑞典IVF公司的HP-IVF方法，该方法是由瑞典IVF的Dr.SorenSegerberg先生开创性的提出这一方法2.1用于ISO9950标准淬火油淬硬性的计算公式：HP-IVF(oil)=91.5+1.34Tvp+10.88CR550a-3.85Tcp备注：Tvp为蒸汽膜向沸腾阶段的转换温度（特性温度）CR550a为600-500℃之间的平均冷速（可以通过IVF软件直接得出）Tcp为沸腾向对流阶段的转换温度(intedforunalloyedsteels用于非合金钢)2.2用于ASTM标准的淬火液淬硬性的计算公式：HP-IVF(polymer)=3.54CR550+12.3CR325b-168备注：CR550表示的是550摄氏度的CR值CR325b表示的是325摄氏度的CR值(intedforunalloyedsteels用于非合金钢)3.影响淬透性的因素钢的淬透性取决于奥氏体的稳定性。

钢材生产过程中的淬透性及其控制研究钢材作为一种重要的工业材料，其生产和使用一直是人们关注的焦点。

在钢材生产过程中，淬透性是一项十分关键的指标，其决定了钢材的性能和质量。

本文将从淬透性的概念、影响因素、控制方法和研究现状等方面进行探讨。

一、淬透性的概念淬透性是指钢材在淬火过程中所能获得的硬度和韧性之间的平衡程度，是衡量钢材淬火性能的重要指标。

淬透性好的钢材，其硬度高，韧性也足够，在使用过程中不易出现失效、开裂等问题，有较高的耐磨、耐久性能。

淬透性差的钢材，则往往出现脆性断裂、韧性不足等问题。

二、影响淬透性的因素1. 化学成分钢材的化学成分是影响淬透性的首要因素。

常见的影响淬透性的元素有C、Cr、Mn等。

其中C含量越高，淬火过程中的相变速率越快，淬透性也越好。

Cr和Mn会使晶粒细化，提高淬透性。

2. 冷却速率淬火冷却速率越快，所获得的硬度越高，淬透性也就越好。

但是超过一定冷却速率后，就容易产生过度淬火，导致钢材脆性增加。

因此，冷却速率的选择应该能够发挥钢材的最佳性能，并避免钢材脆性的增加。

3. 残余应力和组织形态淬火后的钢材会产生残余应力，这些应力也会对淬透性产生影响。

此外，组织形态如晶粒尺寸、相变温度等也会直接影响淬透性。

晶粒尺寸越小，相变温度越低，淬透性越好。

三、控制淬透性的方法1. 调整化学成分根据不同的使用要求，可以针对化学成分进行调整，使其在保证机械性能的前提下，达到最佳淬透性。

比如增加C含量、Cr含量、降低Mn含量等。

2. 调整冷却速率不同的工艺、设备和冷却介质会导致不同的冷却速率。

因此，在生产过程中，要根据具体情况选择合适的冷却方式和冷却介质，确保所获得的冷却速率能够发挥最佳淬透性。

3. 改善组织形态通过工艺优化或添加合适的合金元素等方式，可以改善钢材的组织形态，提高晶粒细化程度，调整相变温度等，从而提高淬透性。

四、淬透性的研究现状当前，国内外针对淬透性的研究已越来越深入。

国内外一些大型钢铁企业已经建立了淬透性的在线检测系统，能够实时地监测钢材的淬透性指标，并进行调整。

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。

科学与信息化2021年6月下
a ）亚共析碳钢时间（s ）
时间（s ）时间（s ）b ）共析碳钢
c ）过共析碳钢
图1 非共析钢和共析钢的TTT图比较
奥氏体化温度的影响
提高奥氏体化温度将使奥氏体晶粒长大，奥氏体成分更均匀，从而抑制珠光体或贝氏体的形核率，降低了临界淬火速度，可适当提高钢的淬透性。

钢种未溶第二项的影响钢中未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其他非金属夹杂物，由于促进珠光体、贝氏体等相变形核，从而使钢的淬透性钢的原始组织的影响
钢的原始组织中，由于珠光体的类型（片状或粒状）及弥散度的不同，在奥氏体化时，将会影响到奥氏体的均匀性，从而影响到钢的淬透性。

碳化物愈细小，溶入奥氏体愈迅速，从而有利于提高钢的淬透性，粗大的奥氏体晶粒能使等温冷却TTT 曲线右移，降低了钢的临界冷却速度。

但晶粒粗大将增大钢在淬火时的变形、开裂倾向和降低韧性。

在相同冷却速度条件下，奥氏体成分越均匀，珠光体的形核率就越低，转变的孕育期增长，等温冷却TTT 曲线右移，临界冷却速度减慢，钢的淬透性越高[1]。

图2 淬火试样断面上马氏体量和硬度的变化
钢的淬透性取决于其临界冷却速度的高低，而淬硬性主要取决于钢的含碳量，它们之间没有必然关系。

但淬硬性与淬透性成正比关系，淬硬性低的钢其淬透性差。

参考文献
[1] 程正翠.钢淬透性和淬硬性的教学实践[J].教育教学论坛,2019 (30):155-156.。

钢的淬透性的测定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 — 0.6 470.2 32 0.7 510.3 35 0.8 530.4 39 0.9 540.5 44 1.0 —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。