任务6 钢的淬透性
淬透性是钢的主要热处理工艺性能，是合理选材和正确制定热处理工艺的重要依据之一。
一、淬透性的概念
钢在一定的冷却条件下淬火时获得马氏体组织的能力称为钢的淬透性。淬透性的大小反映了钢在接受淬火后转为马氏体的能力，通常用规定条件下得到淬透层的深度来表示。
淬火钢的冷却速度大于临界冷却速度vk时，就能获得马氏体组织，在同一工件中，其表面较心部冷却速度要大，当表面冷却速度大于临界冷却速度vk时，就可以获得马氏体组织，而心部冷却速度如小于临界冷却速度vk时，就只能得到硬度较低的非马氏体组织，也就是说，心部没有淬透。大截面工件就可能在表面得到一定淬透层深度，小截面工件就可能获得表里均淬透的马氏体组织，如图5－33所示，钢淬透的深度除了与工件截面尺寸有关外，还与冷却介质有关，介质冷却能力越强，淬透层就越深，通常，同一钢件水淬就比油淬的淬透层深。
显然，不同种类钢的淬透性是不一样的，在相同的条件下，得到的淬透层越深，其淬透性就越好。
由于在马氏体中含有少量屈氏体，显微组织和硬度都不易察觉，因而实际上并不是用100%马氏体（可能有少量残余奥氏体）来作为淬透层深度。一般规定90%或50%马氏体的组织作为淬透标准。我国采用的标准为50%，这时的硬度值将发生显著变化，一旦碳的质量分数确定后，半马氏体组织会具有一定的硬度值，图5－34所示为不同碳的质量分数的半马氏体硬度。半马氏体区的金相组织很容易鉴定，它会在酸蚀断面上呈现出明显的阴暗分界面。这样，只要确定了半马氏体区，那么，从其表面到该区就是淬透层深度，如果心部是半马氏体，则工件已被淬透。
图5－33 截面尺寸对淬透层深度的影响
图5－34 半马氏体硬度与碳的质量分数的关系图
二、影响淬透性的因素
淬透性与实际工件的淬透层深度是完全不相同的，淬透性是钢的一种工艺性能，它是在规定条件下得到的淬透层深度，对于一种钢来说它是确定的。而实际淬透层深度是在某种具体条件下淬火得到的半马氏体厚度，它是可变的，与淬透性及许多外界因素有关。淬透性与淬硬性也是不同的概念，淬硬性是指钢淬火时能够达到的最高硬度，主要取决于马氏体中的碳的质量分数。
钢的淬透性实质上取决于过冷奥氏体的稳定性，也就是临界冷却速度vk。vk越小，过冷奥氏体越稳定，则钢的淬透性就越好，因此，凡影响奥氏体稳定性的因素，都会影响钢的淬透性。其影响包括以下几点。
1．合金元素的影响
除Co以外，大多数合金元素溶入奥氏体后，会使C曲线右移，vk减小，从而提高了钢的淬透性。
2．碳的质量分数的影响
亚共析钢随碳的质量分数的增加，vk降低，淬透性上升；过共析钢随碳的质量分数的增加，vk升高，淬透性下降。碳的质量分数超过1．2%～1．3%时淬透性明显降低。
3．奥氏体化温度的影响
奥氏体化温度升高，奥氏体晶粒将长大，成分均匀化，使珠光体形核受抑制，因而vk减小，钢的淬透性增大。
4．钢中未溶第二相
未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其他非金属夹杂物，可以成为奥氏体转变产物的非自发核心，使vk增大，淬透性降低。
三、淬透性的表示方法
目前，普遍采用末端淬火法来测定钢的淬透性曲线，通过钢的淬透性曲线可以确定钢的临界淬透直径，然后用临界淬透直径来表示钢淬透性的大小，并以此来比较不同钢种的淬透性。
临界淬透直径是指钢在某种介质中淬火时，心部能得到的半马氏体的最大直径，用D0表示，如图5－35所示。同种钢用不同的淬火介质，临界淬透直径会不相同，如D0水和D0油分别表示在水中和油中冷却时的临界淬透直径，则D0水一定大于D0油。
当然，临界淬透直径越大，说明该钢的淬透性越好。通常用临界淬透直径来评定钢的淬透性，几种常用钢的临界淬透直径及心部组织如表5－3所示。
图5－35 不同截面尺寸的钢件在油和水中淬火时淬透层深度变化示意图
表5－3 几种常见钢的临界淬透直径及心部组织
四、钢的淬透性在零件选材与设计中的应用
钢是否淬透对钢的力学性能有重大影响，图5－36所示淬透性对调质后钢的力学性能的影响，因此在选材时必须充分考虑钢的淬透性。例如，承受拉、压、疲劳载荷的重要零件，以及弹簧件、刃具、模具等都要求淬透。但不是所有的工件都要求有高淬透性，例如，焊接某些齿轮还需要选择低淬透性钢，承受弯曲、扭转的零件，表面受力大，只需要淬透1／3～1／2就可以了。
由于淬透层深度与工件截面尺寸有关，在查阅手册、资料时必须考虑钢的尺寸效应，即尺寸越大，热处理效果越差。
由于碳钢的淬透性较差，当尺寸较大时调质的效果与正火相差不大，故可采取正火的方法。
另外，在安排工艺时也要充分考虑淬透性，通常，粗加工后再调质就与其淬透性有关。
图5－36 淬透性对调质后钢的力学性能的影响
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