鋼的熱處理：第九章 鋼的淬火

1第九章

鋼的淬火2淬火：是指將鋼加熱到臨界溫度(Ac1或Ac3)以上，保溫一定時(shí)間使之奧氏體化后，以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻，使A轉(zhuǎn)變?yōu)镸的熱處理工藝。3淬火鋼的組織馬氏體＋殘A＋未溶的第二相馬氏體＋貝氏體＋殘A＋未溶的第二相淬火＋回火提高硬度和耐磨性提高強(qiáng)韌性提高硬磁性提高彈性提高耐蝕性和耐熱性刀具、量具、模具不銹鋼和耐熱鋼各種機(jī)器零件用高碳鋼和磁鋼做永久磁鐵各種彈簧49.1淬火方法及工藝參數(shù)的確定㈠淬火方法獲得M；減少內(nèi)應(yīng)力；減少工件的變形和開(kāi)裂。選擇依據(jù)：5缺點(diǎn)：在水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開(kāi)裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。單介質(zhì)淬火廣泛應(yīng)用于形狀簡(jiǎn)單的工件淬火。⑴

單介質(zhì)淬火其特點(diǎn)是工件經(jīng)加熱后，置于一種介質(zhì)中冷卻，如水淬、油淬，也就是直接淬火。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用廣泛。6缺點(diǎn)：難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過(guò)早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過(guò)遲又容易淬裂。⑵

雙介質(zhì)淬火加熱好的工件先在較強(qiáng)冷卻能力的介質(zhì)中冷卻到300℃左右，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如：先水淬后油淬。優(yōu)點(diǎn)：可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應(yīng)力，減小工件變形開(kāi)裂的傾向，可用于形狀復(fù)雜、截面不均勻的工件淬火。7工件在溫度在Ms點(diǎn)附近的低溫鹽浴或堿浴爐中保溫2min～5min，然后取出空冷淬火，這種冷卻方式叫分級(jí)淬火?？s小了工件與冷卻介質(zhì)的溫差，因而明顯減少了工件冷卻過(guò)程中的熱應(yīng)力；⑶

分級(jí)淬火分級(jí)淬火的特點(diǎn)：工件淬火時(shí)變形和開(kāi)裂傾向可顯著減少。8由于恒溫停留所引起的奧氏體穩(wěn)定化作用，增加了殘余奧氏體量，從而減少了馬氏體轉(zhuǎn)變是引起的體積膨脹。通過(guò)分級(jí)保溫，使整個(gè)工件溫度比較均勻，在隨后冷卻過(guò)程中工件表面與心部馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性明顯減少。分級(jí)溫度：以前都定在略高于Ms點(diǎn)，工件內(nèi)外溫度均勻后進(jìn)入M區(qū)；現(xiàn)在改進(jìn)為在略低于Ms點(diǎn)的溫度分級(jí)。實(shí)踐表明，在Ms點(diǎn)以下分級(jí)的效果更好。例如，高碳鋼模具在160℃的堿浴中分級(jí)淬火，既能淬硬，變形又小，所以應(yīng)用很廣。9工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在稍高于Ms溫度的貝氏體區(qū)下部，工件等溫停留較長(zhǎng)時(shí)間，直到B轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷。⑷

等溫淬火等溫淬火用于中碳以上的鋼，低碳鋼一般不采用等溫淬火。目的：是為了獲得下貝氏體，以提高強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。10將加熱好的工件，自爐中取出后在空氣中預(yù)冷一定時(shí)間，使工件溫度降低一些，再置于淬火介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的一種淬火方法。⑸

預(yù)冷淬火法預(yù)冷可減少隨后快冷工件各處溫差，利于降低變形和開(kāi)裂傾向。11亞共析鋼：

Ac3＋30℃～50℃㈡淬火工藝參數(shù)的確定淬火工藝主要包括：加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻條件等幾個(gè)方面。⑴

淬火加熱溫度鋼的淬火溫度范圍共析、過(guò)共析鋼：

Ac1＋30℃～50℃12亞共析碳鋼在Ac3＋30℃～50℃加熱，是為了獲得晶粒細(xì)小的A，淬火后可獲得細(xì)小的M組織。加熱溫度過(guò)高加熱溫度過(guò)低奧氏體晶粒粗化鋼的性能?chē)?yán)重脆化馬氏體組織也粗大淬火后硬度不足M+F(+殘余A)奧氏體+鐵素體13由于滲碳體硬度高，因此它不但不會(huì)降低淬火鋼的硬度，而且還可以提高它的耐磨性；共析、過(guò)共析鋼：

Ac1＋30℃～50℃共析和過(guò)共析鋼在淬火加熱前已經(jīng)球化退火Ac1＋

30℃～50℃不完全A化后淬火后組織為(M＋部分未溶的細(xì)粒狀K＋殘A)組織為(A＋部分未溶的細(xì)粒狀K)14若加熱溫度過(guò)高片狀M粗大滲碳體溶入A中的數(shù)量增大縮短爐子的使用壽命氧化和脫碳加劇奧氏體晶粒粗大顯微裂紋增多淬火應(yīng)力增加淬火變形和開(kāi)裂傾向增大鋼的脆性增加Ms點(diǎn)下降殘A增多未溶滲碳體顆粒減少降低鋼的硬度與耐磨性15低合金鋼：Ac1(或Ac3

)＋50℃～100℃隱晶(即細(xì)小片狀)

M＋部分未溶的細(xì)粒狀K＋殘A)過(guò)共析鋼的正常淬火組織這種組織具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，同時(shí)又具有一定的韌性，符合高碳工具鋼零件的使用要求亞共析鋼：Ac3＋30℃～50℃主要考慮到合金元素的影響，為了加速奧氏體化而又不引起奧氏體晶粒粗化。16在實(shí)際生產(chǎn)中，淬火溫度的選擇除必須遵守上述一般原則外，還允許根據(jù)具體情況做一些調(diào)整:如欲增大淬硬深度，可適當(dāng)提高淬火溫度；如欲減少淬火變形，淬火溫度應(yīng)適當(dāng)降低；當(dāng)原材料有較嚴(yán)重的帶狀組織時(shí)，淬火溫度應(yīng)適當(dāng)提高；高碳鋼的原始組織為片狀珠光體時(shí)，片K易溶，淬火溫度應(yīng)適當(dāng)降低；尺寸小的工件，淬火溫度應(yīng)適當(dāng)降低；對(duì)于形狀復(fù)雜、容易變形或開(kāi)裂的工件，應(yīng)在保證性能前提下盡可能采用較低淬火溫度。17淬火加熱保溫時(shí)間指的是工件裝爐后，從爐溫回升到淬火溫度算起，直到出爐為止所需要的時(shí)間。它包括工件透熱時(shí)間和組織轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間。⑵

淬火加熱保溫時(shí)間保溫時(shí)間：按照工件的最大厚度或者條件厚度（二者統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)算厚度）來(lái)確定。最大厚度是指零件最厚截面的尺寸或疊放零件的總厚度，二者取其最大者；條件厚度是指零件的實(shí)際厚度乘以形狀系數(shù).18各種截面零件的形狀系數(shù)形狀形狀系數(shù)球、正方體0.75圓棒、方棒1.0板

寬厚比≤2：1.502≤寬厚比≤4：1.75

寬厚比﹥4：2.0管兩端開(kāi)口短管：≤2.0一端封閉管：

2～4長(zhǎng)管或兩端封閉：﹥419第一次預(yù)熱600～650℃第二次預(yù)熱800～850℃影響加熱保溫時(shí)間的因素鋼的成分工件的形狀與尺寸加熱介質(zhì)裝爐情況爐溫碳含量和合金元素含量增多導(dǎo)熱性下降合金元素比碳擴(kuò)散慢高碳鋼比低碳鋼、合金鋼比碳素鋼、高合金鋼比低合金鋼的保溫時(shí)間要長(zhǎng)有效厚度增大形狀復(fù)雜保溫時(shí)間延長(zhǎng)形狀復(fù)雜或尺寸較大的碳素工具鋼及合金工具鋼，常在淬火加熱前采用預(yù)熱，以消除殘余內(nèi)應(yīng)力，縮短高溫下保溫時(shí)間以減輕氧化和脫碳及過(guò)熱傾向20影響加熱保溫時(shí)間的因素裝爐情況加熱介質(zhì)爐溫鋼的成分工件的形狀與尺寸不同加熱介質(zhì)的加熱速度不同提高爐溫縮短保溫時(shí)間保溫時(shí)間不同鉛浴爐最快，鹽浴爐次之，空氣電阻爐最慢。當(dāng)其它條件相同時(shí)，三者的保溫時(shí)間之比大致為2∶3∶6在爐中的放置及排列情況不同保溫時(shí)間也隨之不同21計(jì)算加熱保溫時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式爐子類(lèi)型鋼材品種經(jīng)驗(yàn)公式，t(min)鹽浴爐碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼t=（0.2~0.4）Dt=（0.3~0.5）Dt=（0.3~0.5）Dt=（0.5~0.7）D（預(yù)熱2t）空氣電阻爐碳素鋼合金鋼t=（1.0~1.2）Dt=（1.2~1.5）D22理想的淬火曲線為：650℃以上緩冷，以降低熱應(yīng)力。650℃～400℃快速冷卻，保證全部A不分解。400℃以下緩冷，減少M(fèi)轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。⑶

淬火冷卻方式冷卻是淬火的關(guān)鍵，冷卻的好壞直接決定了鋼淬火后的組織和性能。冷卻介質(zhì)應(yīng)保證：工件得到馬氏體，同時(shí)變形小，不開(kāi)裂。23厚薄不均的工件，厚的部分應(yīng)該先淬入；細(xì)長(zhǎng)工件一般應(yīng)垂直淬入；薄而平的工件應(yīng)該側(cè)放立著淬入；薄壁環(huán)狀零件應(yīng)沿其軸線方向淬入；有閉腔或盲孔的工件應(yīng)該使腔口或孔向上淬入；截面不對(duì)稱(chēng)工件應(yīng)以一定角度斜著淬入，以使其冷卻均勻。工件進(jìn)入淬火介質(zhì)應(yīng)采用的操作方法選用合適淬入方式的基本原則能夠得到均勻冷卻以最小阻力方向淬入工件的重心穩(wěn)定24㈢鋼的冷處理鋼的冷處理可以看成是淬火的繼續(xù)，亦即將淬火后已經(jīng)冷到室溫的工件繼續(xù)深冷至0℃以下，使淬火保留下來(lái)的殘余奧氏體繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變，以達(dá)到減少或消除殘余奧氏體的目的。冷處理主要是針對(duì)一些高碳合金工具鋼和經(jīng)滲碳或碳氮共滲的結(jié)構(gòu)零件，為提高其硬度和耐磨性，或?yàn)楸ＷC尺寸穩(wěn)定性才采用這一道工序。冷處理應(yīng)在淬火后及時(shí)進(jìn)行，否則會(huì)降低冷處理的效果。25實(shí)踐表明，一般情況下，冷處理穩(wěn)定達(dá)到－60℃～－80℃即可滿足要求。生產(chǎn)中常用的冷處理介質(zhì)及達(dá)到的溫度見(jiàn)下表。冷卻介質(zhì)達(dá)到的溫度(℃)25％NaCl＋75％冰-21.320％NH4Cl＋80％冰-15.4干冰＋酒精-78液氧-183液氮-195.8液氫-252.826對(duì)淬火介質(zhì)的要求：在500～600℃的中溫區(qū)具有冷卻快，而在低溫時(shí)具有冷卻慢。9.2淬火介質(zhì)理想的淬火曲線為：650℃以上緩冷，以降低熱應(yīng)力；650～400℃快速冷卻，保證全部A不分解；400℃以下緩冷，減少M(fèi)轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。27㈠淬火介質(zhì)的分類(lèi)淬火時(shí)發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)包括水質(zhì)淬火劑、油質(zhì)淬火劑、水溶液等這類(lèi)淬火介質(zhì)的沸點(diǎn)大都低于工件的淬火加熱溫度，所以淬火時(shí)會(huì)汽化沸騰，使工件強(qiáng)烈散熱。這類(lèi)淬火介質(zhì)的沸點(diǎn)高于工件的淬火加熱溫度，所以淬火時(shí)不會(huì)汽化沸騰，只與工件發(fā)生熱交換。包括熔鹽、熔堿、熔融金屬等28㈡有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)⑴冷卻特性淬火介質(zhì)的冷卻特性是指試樣溫度與冷卻時(shí)間或者試樣溫度與冷卻速度之間的關(guān)系。冷卻特性曲線的測(cè)定：通常采用導(dǎo)熱率很高的銀球試樣，將其加熱后迅速置入淬火介質(zhì)中，利用安放在銀球中心的熱電偶測(cè)出其心部溫度隨冷卻時(shí)間的變化，然后再根據(jù)溫度-時(shí)間曲線求得冷卻速度-溫度關(guān)系曲線。29當(dāng)熾熱工件進(jìn)入淬火介質(zhì)中后，其冷卻過(guò)程大致可分為3個(gè)階段：工件剛進(jìn)入介質(zhì)的瞬間，周?chē)慕橘|(zhì)立即被加熱而汽化，在工件表面上形成一層蒸氣膜。由于膜的導(dǎo)熱性能差，故被其包圍隔絕的工件冷速是很慢的。初期，由于工件放出的熱量大于介質(zhì)從蒸氣膜吸走的熱量，所以膜不斷增厚。隨冷卻的進(jìn)行，工件溫度不斷下降，膜的厚度及其穩(wěn)定性也逐漸變小，直至破裂而消失（冷卻的第1階段）。⑵冷卻機(jī)理①

蒸汽膜內(nèi)冷卻階段（簡(jiǎn)稱(chēng)蒸氣膜階段）30當(dāng)蒸氣膜破裂時(shí)，工件就與介質(zhì)直接接觸，介質(zhì)在工件表面激烈沸騰，不斷逸出的氣泡帶走了大量的熱量，以至工件的冷卻速度很大。此階段直到工件冷卻至介質(zhì)的沸點(diǎn)為止。（冷卻第2階段）當(dāng)工件冷到低至介質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)，主要只能靠對(duì)流傳熱的方式進(jìn)行冷卻，工件的冷卻速度甚至比蒸氣膜階段還要緩慢，而且隨工件表面與介質(zhì)的溫差不斷減小冷速越來(lái)越小。（冷卻的第3階段）②

沸騰冷卻階段（簡(jiǎn)稱(chēng)沸騰階段）③

對(duì)流冷卻階段（簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)流階段）31冷卻特性：在650℃～550℃高溫區(qū)具有較強(qiáng)冷卻能力，在300℃～200℃低溫區(qū)的冷卻能力也較強(qiáng)。⑶常用淬火介質(zhì)目前工廠中常用的淬火冷卻介質(zhì)，主要是水、鹽水、堿水、油。①

水靜止水循環(huán)水32水溫升高，水在高溫區(qū)的冷卻能力急劇下降，并使對(duì)應(yīng)于最大冷速的溫度移向低溫，即在低溫區(qū)的冷卻能力仍然很強(qiáng)。靜止水循環(huán)水水溫對(duì)水的冷卻特性影響很大因此，淬火時(shí)水溫一般為20～40℃，最高不應(yīng)超過(guò)60℃，通過(guò)加強(qiáng)水循環(huán)和工件的攪動(dòng)，可以提高工件在高溫區(qū)的冷卻速度。33用水做為淬火介質(zhì)，由于在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷速太大，淬火零件易變形開(kāi)裂，因而適用于形狀簡(jiǎn)單、截面較大的碳鋼零件的淬火。因?yàn)椴蝗芑蛭⑷茈s質(zhì)可以作為形成蒸氣的核心，將加速蒸氣膜的形成并增加膜的穩(wěn)定性。所以當(dāng)水中混入不溶或微溶雜質(zhì)時(shí)，淬火工件易于產(chǎn)生軟點(diǎn)。不溶或微溶雜質(zhì)會(huì)顯著降低水的冷卻能力34在水中加入鹽、堿，其冷卻能力比清水更強(qiáng)。例如，濃度為10%NaCl或10%NaOH的水溶液可使高溫區(qū)(650℃～550℃)的冷卻能力顯著提高：10%NaCl水溶液較純水的冷卻能力提高10倍以上，而10%NaOH的水溶液的冷卻能力更高。但這兩種水基淬火介質(zhì)在低溫區(qū)(300℃～200℃)的冷卻速度也很快。因此適用于低碳鋼和中碳鋼的淬火。②鹽水和堿水35油也是一種常用的淬火介質(zhì)。目前工業(yè)上主要采用礦物油，如錠子油、機(jī)油等。優(yōu)點(diǎn)：由于油的沸點(diǎn)比水高150～300℃，其對(duì)流階段的開(kāi)始溫度比水高很多，因此在300℃～200℃低溫區(qū)的冷卻速度比水小得多，從而可大大降低淬火工件的相變應(yīng)力，減小工件變形和開(kāi)裂傾向。缺點(diǎn)：在650℃～550℃高溫區(qū)間冷卻能力低，僅為水的1/5~1/6；易于老化，需經(jīng)常更換新油。③油36與水相反，提高油溫可以降低其黏度，增加流動(dòng)性，故可提高高溫區(qū)間的冷卻能力。但是油溫過(guò)高，容易著火，一般應(yīng)控制在60℃～80℃。油適用于形狀復(fù)雜的合金鋼工件的淬火以及小截面、形狀復(fù)雜的碳鋼工件的淬火。隨著可控氣氛熱處理的應(yīng)用，要求熱處理后的工件能夠獲得光亮的表面，因此，多在礦物油中添加1％左右的油溶性高分子添加劑來(lái)獲得不同冷卻能力的光亮淬火油。淬火油的另一個(gè)發(fā)展系列就是真空淬火油。37這類(lèi)介質(zhì)主要指熔鹽、熔堿及融熔金屬。這種介質(zhì)的特點(diǎn)是：沸點(diǎn)高，在工件處于高溫時(shí)冷卻速度很高，而當(dāng)工件接近介質(zhì)溫度時(shí)冷速則迅速降低，冷卻能力介于水、油之間。多應(yīng)用于等溫淬火和分級(jí)淬火，常用于處理形狀復(fù)雜、尺寸小、變形要求嚴(yán)格的工件等。常用堿浴、鹽浴的成分、熔點(diǎn)及使用溫度見(jiàn)下表㈢無(wú)物態(tài)變化的淬火介質(zhì)38㈣其它新型淬火介質(zhì)水作為淬火介質(zhì)的主要缺點(diǎn)是低溫區(qū)間的冷卻速度過(guò)大，易引起工件的變形與開(kāi)裂；而油的缺點(diǎn)是在高溫區(qū)間的冷卻速度太小，使過(guò)冷奧氏體易于分解，兩者都不夠理想。對(duì)于新型的淬火介質(zhì)，都力圖使其兼具水和油的優(yōu)點(diǎn)，并可通過(guò)調(diào)節(jié)其濃度達(dá)到控制冷卻速度。過(guò)飽和硝酸鹽水溶液水玻璃淬火劑氯化鋅－堿水溶液合成淬火劑聚醚淬火劑幾種新型的淬火介質(zhì)39⑴過(guò)飽和硝酸鹽水溶液配方：

25％NaNO3＋49％NaOH＋26%KNO3＋35％H2O特點(diǎn)：在高溫區(qū)冷卻能力比鹽水小，但比油大，在低溫區(qū)的冷卻能力與油相似。因此，可以認(rèn)為這類(lèi)淬火介質(zhì)綜合了鹽水和油的優(yōu)點(diǎn)。40⑵水玻璃淬火劑它是用水稀釋成不同濃度的水玻璃溶液，再在其中添加一種或多種堿類(lèi)或鹽類(lèi)物質(zhì)，通過(guò)調(diào)整其成分使之具有不同冷卻速度。351配方：7～9％水玻璃＋11～14％NaCl＋11～14％Na2CO3＋0.5％NaOH＋62.5~70.5%H2O特點(diǎn)：使用溫度為30～65℃，其冷卻能力介于油水之間，冷速可調(diào)，能作為淬火油的替代品，其缺點(diǎn)是對(duì)工件表面有一定腐蝕作用。41⑶氯化鋅－堿水溶液配方：49％ZnCl2＋49％NaOH＋2%肥皂粉，再加300倍H2O稀釋特點(diǎn)：使用時(shí)要攪拌均勻，使用溫度為20～60℃，在高溫區(qū)冷速比水大，低溫區(qū)冷速比水小，淬火后變形小，表面較光亮，適用于中小型形狀復(fù)雜的中、高碳鋼制模具的淬火。42⑷合成淬火劑配方：0.1～0.4％聚乙烯醇水溶液＋少量防腐劑(苯甲酸鈉)＋少量防銹劑(三乙醇胺)＋少量消泡劑(太古油)特點(diǎn)：使用溫度為25～45℃，在高溫區(qū)冷速與水相近，在低溫區(qū)冷速比水??；淬火時(shí)在工件表面形成凝膠狀薄膜在以后的冷卻中自行溶解；提高合成淬火劑濃度可降低其冷卻能力；無(wú)毒、無(wú)臭、不燃，具有一定的防銹防腐能力。目前廣泛應(yīng)用于碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼等材料的淬火。43⑸聚醚淬火劑配方：聚醚淬火劑的主要成分為環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷特點(diǎn)：能以任何比例互相溶解，故可通過(guò)調(diào)節(jié)濃度來(lái)控制冷卻速度，因而有萬(wàn)能淬火劑之稱(chēng)，其主要缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。44淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得M的能力。其大小用鋼在一定條件下淬火所獲得的淬透層深度來(lái)表示。淬透層的深度：規(guī)定為由工件表面至半M區(qū)的深度.同樣形狀和尺寸的工件，用不同的鋼材制造，在相同條件下淬火，淬透層較深的鋼，其淬透性較好。9.3鋼的淬透性㈠

淬透性的基本概念淬透性是鋼的本身的一種固有屬性，它是材料選擇和熱處理工藝制定的重要依據(jù)之一。45半M區(qū)的組織是由50%M和50%分解產(chǎn)物組成的。這樣規(guī)定是因?yàn)榘腭R氏體區(qū)的硬度變化顯著，同時(shí)組織變化明顯，并且在酸蝕的斷面上有明顯的分界線，很容易測(cè)試。46淬透性主要取決于鋼的臨界冷卻速度，鋼的臨界冷卻速度又取決于過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性。淬透性淬硬性鋼在淬火時(shí)獲得M的能力主要取決于過(guò)冷A的穩(wěn)定性主要取決于馬氏體中的含碳量鋼淬火后形成的M組織所能達(dá)到的硬度47目前測(cè)定鋼淬透性最常用的方法是末端淬火法，簡(jiǎn)稱(chēng)端淬法。此法通常用于測(cè)定優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼的淬透性，也可用于測(cè)定彈簧鋼、軸承鋼和工具鋼的淬透性。㈡

淬透性的測(cè)量方法斷口檢驗(yàn)法U曲線法臨界直徑法末端淬火法等等淬透性的測(cè)量方法48我國(guó)GB/T226—1988《鋼的淬透性末端淬火試驗(yàn)方法》規(guī)定的試樣形狀、尺寸及試驗(yàn)原理如圖所示。將φ25×100mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至A狀態(tài)后，迅速取出置于試驗(yàn)裝置上，對(duì)末端噴水冷卻，試樣上距末端越遠(yuǎn)的部分，冷卻速度越小，因此硬度值越低。49試樣冷卻完畢后，沿其軸線方向相對(duì)的兩側(cè)各磨去0.2mm～0.5mm，在此平面上從試樣末端開(kāi)始，每隔1.5mm測(cè)一點(diǎn)硬度，繪出硬度與至末端距離的關(guān)系曲線，稱(chēng)為端淬曲線。50Wc=45%鋼的淬透性帶由于同一種鋼號(hào)的化學(xué)成分允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因而相關(guān)手冊(cè)中給出的不是一條曲線，而是一條帶，稱(chēng)之為淬透性帶，如圖

所示。51鋼的淬透性值通常用下式表示式中，J表示末端淬透性，d表示至末端的距離，HRC表示在該處測(cè)得的硬度值。例如淬透性值：即表示在淬透性帶上距末端5mm處的硬度值為40HRC;即表示距末端10mm～15mm處的硬度值為35HRC。52另外生產(chǎn)中也常用“臨界直徑”來(lái)表示鋼的淬透性。它是指圓柱形試樣在某種淬火介質(zhì)中淬火時(shí)，心部剛好為半M組織的最大圓柱形直徑，用D0表示。顯然，在相同的冷卻條件下，D0越大，則鋼的淬透性也越好。下表列出了幾種常用鋼在水和油中淬火時(shí)的D0。53㈢淬透性的實(shí)際意義鋼的淬透性是正確選用鋼材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。工件在整體淬火條件下，從表面至中心是否淬透，對(duì)其機(jī)械性能有重要影響。對(duì)于不同用途的工件，由于其受力情況不同，對(duì)工件表面和心部的機(jī)械性能要求不同，因而要求選用不同淬透性的鋼種制造。54尺寸較大的齒輪類(lèi)、軸類(lèi)等零件承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷的軸類(lèi)零件承受的是拉伸、壓縮、彎曲或剪切應(yīng)力等要求整個(gè)截面上機(jī)械性能均勻一致希望整個(gè)截面淬透應(yīng)選用淬透性較高的鋼種制造軸外層承受應(yīng)力最大，軸心部分應(yīng)力較小對(duì)整個(gè)截面上機(jī)械性能的要求不一樣希望淬透工件半徑的1/3～1/2即可應(yīng)選用淬透性較小的鋼種制造55另外，對(duì)于形狀復(fù)雜、要求淬火變形小的工件(如精密模具、量具等)，如果選用淬透性較高的鋼，則可以在冷速較緩和的介質(zhì)中淬火，減小淬火應(yīng)力，因而工件變形較小。又如：表面淬火用鋼也應(yīng)采用低淬透性鋼，淬火時(shí)只是為了在表層得到馬氏體。再如：焊接用鋼也希望淬透性小，目的是為了避免焊縫及熱影響區(qū)在焊后冷卻過(guò)程中淬火得到馬氏體，從而防止焊接構(gòu)件的變形和開(kāi)裂。淬透性好的鋼比淬透性差的鋼的價(jià)格要高。56利用淬透性曲線比較鋼的淬透性57含碳量合金元素A的成分均勻性及晶粒度鋼中未溶第二相奧氏體化溫度㈣影響淬透性的因素淬透性主要取決于鋼的臨界冷卻速度，鋼的臨界冷卻速度又取決于過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性。影響淬透性的因素在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；非共析鋼中，碳含量偏離共析成分越遠(yuǎn)，淬透性越低。①

含碳量58除Co和大于2.5％Al以外，其余合金元素溶于奧氏體后，都使過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金鋼的淬透性往往比碳鋼要好。②合金元素A成分越均勻、晶粒度越大，過(guò)冷A的穩(wěn)定性越好，因而降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。③奧氏體成分均勻性及晶粒度鋼中未溶第二相會(huì)成為A分解的非自發(fā)形核核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。④鋼中未溶第二相59提高鋼材的A化溫度，將使A成分均勻、晶粒長(zhǎng)大，因而可增大過(guò)冷A的穩(wěn)定性，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。但A晶粒長(zhǎng)大，生成的M也會(huì)比較粗大，會(huì)降低鋼材常溫下的力學(xué)性能。⑤奧氏體化溫度淬透性好的鋼材經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，整個(gè)截面都是回火索氏體，力學(xué)性能均勻，強(qiáng)度高，韌性好；而淬透性差的鋼表層為回火索氏體，心部為片狀索氏體+鐵素體，心部強(qiáng)韌性差。因此，鋼材的淬透性是影響工件選材和熱處理強(qiáng)化效果的重要因素。60淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能的比較619.4淬火缺陷及其防止淬火時(shí)最容易產(chǎn)生的缺陷是變形和開(kāi)裂，其次是氧化與脫碳、硬度不足和軟點(diǎn)等缺陷。㈠淬火變形與開(kāi)裂在淬火過(guò)程所發(fā)生的鋼件體積、形狀、尺寸的變化通稱(chēng)為淬火變形。當(dāng)鋼件內(nèi)的淬火應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)便會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。引起變形和開(kāi)裂的根本原因：淬火時(shí)在工件中引起的內(nèi)應(yīng)力。62當(dāng)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的合力超過(guò)鋼的屈服強(qiáng)度時(shí)，工件就發(fā)生變形；當(dāng)兩力的合力超過(guò)鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，工件就發(fā)生開(kāi)裂。鋼件在冷卻過(guò)程中，由于表面和心部的溫差引起的鋼件體積脹縮不均勻所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力鋼件快速冷卻時(shí)表層與心部相變不同時(shí)，以及相變前后相的比容不同所引起的內(nèi)應(yīng)力淬火變形的主要形式熱應(yīng)力組織應(yīng)力63表現(xiàn)為尺寸