读书：《金属材料及热处理》 陆大纮 许晋堃 合编
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2 C5 }( O" @! P$ v9 G w* r 杂谈十三# I. A1 s& l3 I; z, a
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钢的淬透性
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& i- f) y. A2 a: p( X% h9 U在（热处理九）一章里，我们认识了钢的连续冷却转变。而在之前的章节，我们也认识了钢的等温冷却转变。但是无论是TTT图还是CCT图，都说明在钢在不同的冷却速度下，最终得到的组织是不同的。这种不同既有含量的差异，也有形态和分布的差异。而钢的淬火处理，是在表面快速冷却的基础上形成的。但我们知道，一个工件，肯定不是一个薄片，它会有厚度，有不同的形状，这也代表着，不同的工件，无论在加热模型里还是在冷却模型了，都一定存在一定的热度梯度。因此，即便我们以很快的速度冷却了工件的表面，却未必代表工件心部的冷却速度能达到淬火的要求。而通过CCT图和TTT图，我们知道，一旦冷却速度下降，就很可能撞上转变线，在形成马氏体之前先发生珠光体或者贝氏体转变，得不到完全的马氏体。而对于不同尺寸，不同物理特性（热容性）的工件，更可能发生小件可以淬透，而大件淬不透，甚至完全淬不硬的情况。比如下图。所以，钢在淬火时能得到淬硬层深度的能力就成了淬火工艺的关键，而这种得到马氏体的能力，就是钢的淬透性。
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我们可以理解，如果一个工件的整个截面都得到完全马氏体组织，那么回火后就能得到表里一致的机械性能。但如果心部没有得到马氏体，回火后，表面和中心的机械性能就会存在差异。对于在整个截面承受等值垃应力或者心部承受更高拉应力的工件，这种机械性能的不一致就会导致中心薄弱处成为疲劳断裂的发源地。而对于受交变扭转或者弯曲应力的工件，因为表面受力大，心部受力小或者不受力，那么即便存在性能差异，对最终的使用也不会有太大影响。所以，淬火工艺的选择，同设计本身的需求息息相关。/ F9 F4 ]. p) O+ r# U$ m) ^
所以，根据钢的不同淬透性，我们可以认识到，淬透性越大，同样的淬火条件下，淬硬层深度越大。同样条件下能淬透的工件尺寸也越大。而对于同一零件，淬透性越大，代表我们得到表里一致机械性能的可能性就越大。因此，淬透性可视为钢的一种工艺性能，是选择材料制定热处理工艺时应到考虑的因素之一。4 @* s- ?/ ?4 _( P1 D# }2 U
: s! j8 S9 M, ]- |* a测定和表示钢的淬透性的方法很多，常用的有两种：
, E: Q( ^7 Q/ b/ R. }1。临界直径法。
y; ^ N n, V" P把同一中钢制成一系列直径不同的圆柱体，经同样的加热淬火，然后测量各圆柱体的淬硬层深度，其中心能淬硬的最大直径叫做临界淬火直径，以D0表示。下图演示了淬硬层深度的变化。我们同是可以从图中看出，钢在水中的临界直径大于在油中的临界直径(废话嘛，同样的热度梯度下，表面冷却速度越高，同梯度下心部的冷却速度也越高啊）。
1 C$ M3 y7 V# U# o) O# z这里必须指出，所谓中心淬硬也有一个标准，通常是以中心得到半马氏体（50%马氏体组织）为淬硬的标准。个别也有以心部90%，95%马氏体为标准的。这几种混合马氏体的硬度与含碳量的关系可以参考下图。当马氏体含量少于50%时，硬度会发生骤降，而在50%以上时，与完全马氏体的硬度差异不大，这也是选择半马氏体坐位淬硬标准的原因。当然，大家不要读死书，制定不同的淬硬标准，实际上是你对组织的要求。如果你要求必须完全马氏体化，那么标准就是100%。2 F, h2 A+ o4 n/ R8 `3 A
选用临界直径描述淬透性这一概念，虽然直观简明，但是测定麻烦，方法出入大，不易对比，也不精确。9 @3 F/ F% e5 o/ p) ]: [ d$ W
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2。末端淬火测定淬透性带* r I1 K/ y, q+ y8 Z
末端淬火是国家标准规定的最常用的测定淬透性的方法。此法的要点是：将Φ25x100mm的标准试样加热后通过末端喷水（固定水压）冷却。参考下图。由于冷却速度不同，远离末端的，冷却就慢。因此在整个测试件上会形成以离末端距离为基础的一系列不同硬度、组织成分的终物质带。通过在试样圆柱侧面磨一个窄条，并自末端起每隔一定距离测量一个硬度。将硬度变化同距离为坐标描绘曲线，即得到下图中的钢的淬透性曲线。( d: ]8 j% a6 o
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根据GB225-63（老标准了，88年有过更新）规定，钢的淬透性数值可以用符号J HRC/d 来表示。J表示末端淬透性。d表示半马氏体区距试样末端的距离，而HRC则为举例d毫米处所测得得半马氏体硬度值，如J 42/5表示马氏体区距离试样末端5mm，硬度为HRC42。
! o a' `* W8 F# R通过对不同钢的淬透性测定，我们发现，随着钢成分在一定范围内波动，因此钢的淬透性曲线成带状分布。下图和下表分别展示几种钢材的不同淬透性和临界直径。必须注意，由于存在多种因素影响临界直径，因此下表中的数据存在误差，紧供参考。! v5 t* y/ b& t+ b
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最后，必须说明，淬透性和淬硬性是两个不同的概念。淬硬性是钢淬火后能得到的最高硬度，仅与含碳量和晶粒度有关。淬透性是指淬火后得到淬硬层的深度，受多种因素影响。
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C+ W+ o: ]2 e( _1 o" I0 A. n淬火是一个大章节啊。先到这儿吧。明天补完淬透性以及淬火缺陷。( y. c$ X- H8 c4 Z( K& ^, d
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发表于 2015-11-7 11:09:10
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