钢的淬透性影响因素

收稿日期22作者简介寇元哲(),男,副教授。

文章编号:100124934(2010)0120055204模具钢淬透性及淬火变形分析研究寇元哲(甘肃畜牧工程职业技术学院　机械工程系,甘肃　武威　733006)摘　要:通过对影响模具钢淬透性因素和淬火变形的机理分析研究,指出模具钢的淬透性及淬火热处理变形的影响因素是十分复杂的问题。

在制定淬火热处理工艺时,应充分考虑工件的形状、钢中的碳含量,根据工件所要求的力学性能,合理选择淬火方法及冷却介质,防止变形及开裂,提高产品质量。

关键词:模具钢;淬透性;淬火变形;分析;研究中图分类号:T G 161 文献标识码:BAbstract :Thr ough anal yzing t he i nfl ue nci ng f act ors of t he ha rde na bili t y a nd t he mec ha nis mquenchi ng dis t orti on of t he die st eels ,i t was p oi nt ed out t ha t t his was an ext re mel y compli 2cat e d p r obl e m.Bef ore det er mi nat i on of t he que nchi ng p rocess ,t he wor kpiece s hap e and st eel ca r bon c ont e nt s houl d be f ull y consi de red.The quenc hi ng me t hod a nd cooli ng me di um s hould be c hos e n rati onall y accor di ng t o t he r equi red mec hanical p rope rti es of t he w or kpie ce t o p reve nt dist ort ion a nd f ract ure a nd t o i mp rove t he p roduct qualit y.K eyw or ds :die st eel ;har de na bil it y ;quenchi ng dist ort i on;a nal ysis ;res earc h0　引言模具材料的性能是由模具材料的成分和热处理后的组织所决定的。

45、60Si2Mn钢的淬透性与淬硬性分析摘要：淬硬性[1]是指钢在正常淬火条件下，所能达到的最高硬度。

淬硬性主要与钢中碳的含量有关。

形状、尺寸相同的不同钢材淬火后，所获得的硬度值大小是不相同的。

可以根据所获得的最高硬度来进行淬硬性的比较，硬度越高的淬硬性越好，反之，硬度越低的淬硬性越差。

淬透性[1]是指钢材在理想条件下淬火所能获得的马氏体组织硬层深度的倾向。

淬透性是钢材固有的一种属性，它取决于钢的淬火临界冷速[1]的大小。

形状、尺寸相同的不同钢材，在相同条件下淬火后，它们所获得淬层深度是不相同的，淬硬层深度越深，我们就说他的淬透性越好。

相反，淬层深度越浅，它的淬透性越差。

本次综合实验研究在正常淬火条件下，45钢和60Si2Mn的硬度差别与变化，来对比不同钢种的淬硬性和淬透性的差别，通过金相组织的对比来说明影响45钢和60Si2Mn的淬透性和淬硬性的组织因素。

关键词：淬透性淬硬性含碳量临界冷却速度Research on Quenched and Hardenability Characteristics of 45 and 60Si2Mn Steels Abstract:Q uenching rigid means steel can reach the highest rigidity’s ability in normal quenching condition. Major in steel quenching rigid with carbon content. The same in different shapes, sizes steel quenching after hardness value is not the same size. According to the highest rigidity obtained to compare, the higher the better the quenching rigid, conversely, the lower the rigid quenching.Its quench-hardening ability means steel can obtain martensitic organizations of hard layer depth in ideal quenching conditions. Its quench-hardening ability is an attribute of the inherent steel, which depends on the steel quenching cooling rate of critical size. Under the same conditions after quenching, the same in different shapes, sizes steel, obtain differ depth is quenched. The depth of hardening layer, the better its quench-hardening ability, instead the shallow depth of quenching, its quench-hardening ability.This comprehensive experimental research on normal quenching condition,the difference of hardness change between 45 and 60Si2Mn , to contrast different kinds of rigid and its quench-hardening ability. Through comparison of metallographic organization to illustrate the influence of 45 steel 60Si2Mn and its quench-hardening ability and organizational factors of rigid.Keywords:Quenched Characteristic Hardenability characteristic Carbon content Critical cooling rate目录第一章绪论 (1)1.1 45、60Si2Mn的综合性能和应用 (1)1.1.1 45钢的工作条件及性能要求 (1)1.1.2 60Si2Mn的工作条件与性能要求 (1)1.2钢的热处理 (2)1.2.1调质钢的热处理 (2)1.2.2弹簧钢的热处理 (2)1.3合金元素在45、60Si2Mn中的作用 (3)1.3.1合金元素在45中的作用 (3)1.3.2合金元素在60Si2Mn中的作用 (3)1.4 本次实验目的 (3)第二章实验方案和实验过程 (4)2．1实验材料及设备 (4)2．1．1实验材料45、60Si2Mn的化学成分 (4)2．1．2实验设备 (4)2.2实验方案 (4)2.1.2钢的热处理工艺参数 (4)2.1.3实验过程 (4)2.3金相显微组织观察 (5)2.3.1金相组织的制备 (5)2.3.2 显微摄影 (5)第三章实验结果分析 (6)3．1实验结果 (6)3.1．1硬度值记录 (6)3．1．2实验试样金相组织照片 (6)3．2 45、60Si2Mn淬火后组织分析 (7)3．3 45、60Si2Mn淬硬性和淬透性分析 (7)第四章实验结论 (9)参考文献 (10)第一章绪论1.1 45、60Si2Mn的综合性能和应用1.1.1 45钢的工作条件及性能要求通常将经过淬火和高温回火处理而使用的结构钢成为调质钢。

1、何为冷变形、热变形和温变形？冷变形：温度低于回复温度，变形过程只有加工硬化无回复和再结晶。

热变形：温度在再结晶温度以上，变形产生的加工硬化被再结晶抵消，变形后具有再结晶等轴晶粒组织，而无加工硬化痕迹。

温变形：金属材料在高于回复温度但低于再结晶开始温度的温度范围内进行的塑性变形过程。

2、简述金属的可锻性及其影响因素。

可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。

它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。

可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。

(1)内在因素(a)化学成分:不同化学成分的金属其可锻性不同；(b)合金组织:金属内部组织结构不同，其可锻性差别很大。

(2)外在因素(a)变形温度:系指金属从开始锻造到锻造终止的温度范围。

温度过高:过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。

温度过低：变形抗力↑－难锻，开裂(b)变形速度:变形速度即单位时间内的变形程度(c)应力状态:金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质（压应力或拉应力）不同。

3、自由锻和模锻的定义及其特点是什么？自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。

1、自由锻锻件的精度不高，形状简单，其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于单件、小批量生产。

2、对于大型机特大型锻件的制造，自由锻仍是唯一有效的方法。

3、自由锻对锻工的技术水平要求高，劳动条件差，生产效率低。

模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。

模锻具有如下特点：(1)生产效率高。

劳动强度低。

(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。

(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。

(4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。

钢材的淬透性是指钢在一定条件下淬火时获得淬透层（马氏体层）深度的能力，主要与钢的过冷奥氏体稳定性和钢的临界冷却速度有关。

钢淬透性的影响因素1.化学成分的组成：首先从元素来看，提高淬透性的元素有C、MN、P、SI、NI、CR、MO、B、CU、SN、AS、SB、BE、N；而降低淬透性的元素有S、V、TI、CO、NB、TA、W、TE、ER、S E；对淬透性影响不大的元素有（AI）。

而这其中，尤以C元素影响最大，它有一个临界点，当碳含量大于百分之1.2的时候，钢材的冷却速度就升高，C曲线左移，淬透性也就发生下降。

当碳含量小鱼百分之1.2的时候，随着钢中碳浓度的升高，其冷却速度也显著降低，那么C曲线也就发生右移，钢的淬透性也就增大了。

2.热处理过程中冷却介质的冷却特性和冷却速度：在热处理过程中，冷却速度的快与慢大大影响着钢的淬透性能的高低。

简单来说，冷却速度快的，淬透性就提高，冷却速度慢的，淬透性就降低。

我们常用的45钢就是一个很好的例子，在水中冷却时，可淬透11一20毫米，在油中冷却时，可淬透3．5―9．5毫米，这其中就是因为介质的不同导致其冷却速度的差异。

3.零件的加工尺寸大小：钢材产品尺寸的大小也在一定程度上影响着钢的淬透性的高低。

钢淬透性对变形量的淬裂性影响的大小钢的淬透性对对变形的影响比较小而对于淬裂则影响非常大。

淬透性与淬硬性的区别首先我们先来看下两个名词的定义。

淬透性上面已经提到过了，而淬硬性又叫可硬性，是指钢在正常淬火条件下，以超过临界淬火速度冷却所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度。

它主要与钢的含碳量有关。

更确切地说，它取决于淬火加热时固溶于奥氏体中的含碳量。

其中，淬透性取决于其本身的内在因素（如化学成分、纯净度、晶粒度、组织均匀性等），而与外部因素无关；而钢的淬硬层厚度除取决于淬透性外，还与所采用的淬冷介质，工件尺寸、形貌、质量效应等外部因素有关。

影响钢的淬硬性的主要因素是;1.钢的含碳量;2.钢中Cr,Si,B等能提高淬透性的合金元素的含量.。

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。

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硬性、淬透性概念及影响因素主讲教师：***西安航空职业技术学院淬硬性、淬透性概念及影响因素一、淬硬性淬硬性表示钢淬火时的硬化能力，是指钢在淬成马氏体时所能够达到的最高硬度，它主要取决于钢的碳含量，确切地说，取决于淬火加热时奥氏体中的碳含量，与合金元素关系不大。

奥氏体中固溶的碳含量越高，淬火后马氏体的硬度也越高，如图1所示。

图1 钢的淬火硬度与碳含量的关系 二、淬透性1．淬硬层与淬透性由于淬火冷却速度很快，所以工件表面与心部的冷却速度不同，表层最快，中心最慢（见图2a ）。

如果钢的淬火临界冷却速度v c 较小，工件截面上各点的冷速都大于淬火临界冷却速度，工件从表层到心部就都能获得马氏体，称之为“淬透”。

如果钢的淬火临界冷却速度较大，工件表层冷速大于淬火临界冷却速度，而从表层下某处开始冷速低于淬火临界冷却速度，则表层获得马氏体，心部不能得到全马氏体或根本得不到马氏体，此时工件的硬度便较低，称之为“未淬透”。

通常，我们将未淬透的工件上具有高硬度马氏体组织的这一层称为“淬硬层”（图2b ）。

可见，在工件尺寸和淬图2 零件截面上各处的冷却速度与未淬透区示意图A 1 v 中心 M s V c V 表面 表面 表面 中心 淬硬层未淬硬区 冷却速度 v c ba火规范一定时，因钢种不同，淬火临界冷却速度不同，就会得到不同的结果，有的淬硬层深，有的淬硬层浅，有的能淬透，有的不能淬透。

所谓钢的淬透性，就是指钢在淬火时获得马氏体的难易程度，是钢本身的固有属性，它取决于钢的淬火临界冷却速度的大小，也就是钢的过冷奥氏体的稳定性，而与冷却速度、工件尺寸大小等外部因素无关。

通常可以用标准试样在一定的条件下淬火能够淬硬的深度或能够全部淬透的最大直径来表示。

应当指出，钢的淬透性与工件的淬透深度之间虽有密切关系，但不能混为同一个概念。

例如有两个尺寸不同的工件，分别选用不同的钢种来制造，在淬火后可能出现这样的情况：尺寸小的工件，虽然选用的是淬透性低的钢，但却淬硬层较深或完全淬透；而尺寸大的工件，即使选用的是淬透性高的钢，但却淬硬层较浅。