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。 K

2)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。同样条件下，钢的临界冷却速度越小，工件的淬透层深度越深，而的淬透性却不随工件形状、尺寸 和介质的冷却能力改变。

例题2:试说明下列各组零件的淬透性情况 ?φ30mm与φ300mm的两根轴，均为45钢，奥氏体化条件相同;

?φ30mm的两个45钢零件，奥氏体化条件相同，一个水淬，一个油淬;

?四个φ30mm的零件—其材料分别为:40钢、60钢、Cr12钢、40Cr钢，均油淬。

答:??中各自两零件材料化学成分相同，奥氏体化条件相同，淬透性也相同;?

因四个零件材料化学成分不同，淬透性则不同，从40钢、60钢、40Cr钢到Cr12钢淬透性依次提高。

3)淬透性的测定方法(简介)

?末端淬火法

?临界直径(D)法

4)淬透性的实际意义

力学性能是机械设计中选材的主要依据，而钢的淬透性又会直接影响热处理后的力学性能。因此选材时，必须对钢的淬透性有充分了解。

对于截面尺寸较大和在动载荷下工作的许多重要零件，以及承受拉和压应力的连接螺栓、拉杆、锤杆等重要零件，常常要求零件的表面与心部力学性能一致，此时应选用高淬透性的钢制造，并要求全部淬透。

对于承受弯曲或扭转载荷的轴类、齿轮零件，其表面受力最大、心部受力最小，则可选用淬透性较低的钢种，只要求淬透层深度为工件半径或厚度的1/2?1/3即可。

对于某些工件，不可选用淬透性高的钢。例如焊件，若选用高淬透性钢，易在焊缝热影响区内出现淬火组织，造成焊件变形开裂。

(4)淬火钢的回火转变

淬火后的钢组织为马氏体和少量的残余奥氏体，它们都是亚稳定组织，有自发转变为F+FeC3两相的平衡组织的倾向。淬火后的钢随着加热温度，发生如下转变: ? 马氏体分解(100,350?)

100?以上回火时，马氏体中的碳开始以化学式为FeC的过渡型碳化物(称为ε碳化物)的2.4

形式析出，马氏体中碳的过饱和程度逐渐降低，到350?左右，α相碳的质量分数降到接近平衡成分，马氏体分解基本结束，但此时α相仍保持针状特征。这种由过饱和度较低的α相与极细的ε碳化物组成的组织，称为回火马氏体。其显微组织如图3-25所示。由于ε碳化物析出，晶格畸变降低，淬火应力有所减小，但硬度基本不降低。

? 残留奥氏体分解(200,300?)

残留奥氏体从200?开始分解，到300?左右基本结束，转变为下贝氏体。在此温度范围内，马氏体仍在继续分解，因而淬火应力进一步减小，硬度无明显降低。

? 碳化物转变(250,400?)

250?以上，ε碳化物逐渐向稳定的渗碳体转变，到400?全部转变为高度弥散分布的、极细小的粒状渗碳体。因ε碳化物不断析出，此时α相的碳的质量分数降到平衡成分，即实际上已转变成铁素体，但形态仍为针状。于是得到由针状铁素体和极细小粒状渗碳体组成的复相组织，称为回火托氏体，其显微组织如图3-26所示。此时，淬火应力基本消除，硬度降低。

? 渗碳体聚集长大和α相再结晶(,400?)

400?以上，高度弥散分布的极细小粒状渗碳体逐渐转变为较大粒状渗碳体，到600?以上渗碳体迅速粗化。此外，在450?以上。α相发生再结晶，铁素体由针状转变为块状(多边形)。这种在多边形铁素体基体上分布着粗粒状渗碳体的复相组织，称为回火索氏体，其显微组织如图3-27所示。淬火应力完全消除，硬度明显下降。 由上可知，淬火钢回火时的组织转变，是在不同温度范围内进行的，但多半又是交叉重叠进行的，即在同一回火温度，可能进行几种不同的转变。淬火钢回火后的性能取决于组织变化，随着回火温度的升高，强度、硬度降低，而塑性、韧性提高，如图3-28所示。温度越高，其变化越明显。

(5)淬火钢件回火的目的

? 调整淬火钢的组织与性能，获得工件的使用性能。

? 稳定工件的尺寸，以保证工件在使用过程中不发生尺寸和形状的变化。

? 降低脆性，减少或消除内应力，防止工件变形开裂。

(6)回火的种类及应用

按回火温度的不同，可将回火分为以下三种

? 低温回火(150,250?)

回火后组织为回火马氏体。其目的是减小淬火应力和脆性，保持淬火后的高硬度(58,64HRC)和耐磨性。主要用于刃具、量具、模具、滚动轴承以及渗碳、表面淬火的零件。

? 中温回火(350,500?)

回火后组织为回火托氏体。其目的是获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。硬度一般为35,50HRC。主要用于各种弹簧、锻模等。

? 高温回火(500,650?)

回火后的组织为回火索氏体。其目的是获得强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能，硬度一般为200,350HBS。广泛用于各种重要结构件(如轴、齿轮、连杆、螺栓等)，也可作为某些精密零件的预先热处理。

钢件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。钢经调质后的硬度与正火后的硬度相近，但塑性和韧性却显著高于正火。常用钢的淬火、回火温度与硬

度对照表，见附表?。

(7)回火脆性

回火温度升高时，钢的冲击韧度变化规律如图3-29所示。

由图可见，在250,350?和500,650?两个温度区间冲击韧度

显著降低，也就是脆性增加，这种脆化现象称为回火脆性。

? 低温回火脆性(也称第一类回火脆性)

低温回火脆性是指在250,350?回火时出现的脆性。几乎图3-29回火温度与合金钢韧性的关系 所有的工业用钢都有这类脆性。这类脆性的产生与冷却速度无

关，为避免这类回火脆性，一般不在此温度回火。

? 高温回火脆性(也称第二类回火脆性)

高温回火脆性是指在500,650?回火时出现的脆性。这类回火脆性具有可逆性，即将已产生此类回火脆性的钢，重新加热至650?以上温度，然后快冷，则脆性消失;回火保温后缓冷，则脆性再次出现。这类回火脆性主要发生在含有Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的结构钢。尽量减少钢中杂质元素的含量以及采用含W、Mo等的合金钢来防止第二类回火脆性。