鋼的淬透性

淬透性的概念

淬透性是指以在規定條件下，鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的材料特性，它表征鋼淬火時形成馬氏體的能力。淬透性是鋼的主要熱處理工藝性能。

從理論上講，淬硬層深度應是工件整個截面上全部淬成馬氏體的深度。但實際上，當鋼的淬火組織中含有少量非馬氏體組織時，硬度值變化不明顯，且金相檢驗也較困難。因此，一般規定從工件表面向里至半馬氏體區（馬氏體與非馬氏體組織各占一半處）的垂直距離作為有效淬硬層深度。用半馬氏體處作淬硬層界限，只要測出截面上半馬氏體硬度值的位置，即可確定出淬硬層深度。實際生產中，零件淬火所能獲得的淬硬層深度是變化的，隨鋼的淬透性、零件尺寸和形狀以及工藝規范的不同而變化。

鋼的淬透性和淬硬性是兩個不同的概念。淬硬性是指以鋼在理想條件下，進行淬火硬化所能達到的最高硬度來表征的材料特性。淬火后硬度值越高，淬硬性越好。淬硬性主要取決于馬氏體的含碳量，合金元素含量對淬硬性沒有顯著影響，但對淬透性卻有很大影響，所以淬透性好的鋼，其淬硬性不一定高。 

淬透性的測定方法

淬透性測定方法很多，目前常用的方法是GB 225-2006《鋼的淬透性末端淬火試驗方法》。下圖a為末端淬火試驗裝置，將標準試樣（Ø25mm×100mm）加熱至奧氏體化后，垂直置于支架上，向試樣末端噴水冷卻，由于試樣末端冷卻最快，越往上冷卻速度越慢，因此沿試樣長度方向上各處的組織和硬度不同。淬火后，從試樣末端起，每隔一定距離測量一個硬度值，即得到沿試樣長度方向的硬度分布曲線，該曲線稱為淬透性曲線，如下圖b。由圖可見45鋼比40Cr鋼硬度下降得快，這表明40Cr鋼淬透性比45鋼要好。下圖c與下圖b相配合就可找出鋼半馬氏體區至末端的距離。該距離越大，淬透性越好。

▲末端淬火法

鋼的淬透性值用JHRC/d表示。J—末端淬透性，d—距水冷端的距離，HRC—該處硬度值。

例如，J42/5表示距水冷端5mm處的硬度值為42HRC。此外，在熱處理生產中，還常用臨界直徑（Dc）來衡量鋼的淬透性。臨界直徑是指工件在某種介質中淬火后，心部得到全部馬氏體或半馬氏體組織時的最大直徑，直徑越大，鋼的淬透性越好。

▼幾種常用鋼的臨界直徑

淬透性的應用

鋼的淬透性是選材和制訂熱處理工藝規程時的主要依據。

▲淬透性對鋼回火后力學性能的影響

鋼的淬透性好壞對熱處理后的力學性能影響很大。例如，當工件整個截面被淬透時，回火后表面和心部組織和性能均勻一致，如上圖a。否則工件表面和心部組織不同，回火后整個截面上硬度雖然近似一致，但未淬透部分的屈服點（σs）和韌性（AK）卻顯著降低，如上圖b、c。

機械制造中許多大截面、形狀復雜的工件和在動載荷下工作的重要零件，以及承受軸向拉伸和壓縮的連桿、螺栓、拉桿、鍛模等，常要求表面和心部的力學性能一致，故應選用淬透性好的鋼；對于承受彎曲、扭轉應力（如軸類）以及表面要求耐磨并承受沖擊力的模具（如冷鐓凸模等），因應力主要集中在工件表層，因此不要求全部淬透，可選用淬透性較差的鋼；受交變應力和振動的彈簧，為避免因心部未淬透，工作時易產生塑性變形而失效，應選用淬透性好的鋼；焊件一般不選用淬透性好的鋼，否則易在焊縫和熱影響區出現淬火組織，造成焊件變形和開裂。

來源：鋼之家

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