零讀雜談（熱處理十三）

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發表于 2015-11-7 11:09:10 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

讀書：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
　　　人民鐵道出版社
雜談十三

鋼的淬透性

在（熱處理九）一章里，我們認識了鋼的連續冷卻轉變。而在之前的章節，我們也認識了鋼的等溫冷卻轉變。但是無論是TTT圖還是CCT圖，都說明在鋼在不同的冷卻速度下，最終得到的組織是不同的。這種不同既有含量的差異，也有形態和分布的差異。而鋼的淬火處理，是在表面快速冷卻的基礎上形成的。但我們知道，一個工件，肯定不是一個薄片，它會有厚度，有不同的形狀，這也代表著，不同的工件，無論在加熱模型里還是在冷卻模型了，都一定存在一定的熱度梯度。因此，即便我們以很快的速度冷卻了工件的表面，卻未必代表工件心部的冷卻速度能達到淬火的要求。而通過CCT圖和TTT圖，我們知道，一旦冷卻速度下降，就很可能撞上轉變線，在形成馬氏體之前先發生珠光體或者貝氏體轉變，得不到完全的馬氏體。而對于不同尺寸，不同物理特性（熱容性）的工件，更可能發生小件可以淬透，而大件淬不透，甚至完全淬不硬的情況。比如下圖。所以，鋼在淬火時能得到淬硬層深度的能力就成了淬火工藝的關鍵，而這種得到馬氏體的能力，就是鋼的淬透性。

我們可以理解，如果一個工件的整個截面都得到完全馬氏體組織，那么回火后就能得到表里一致的機械性能。但如果心部沒有得到馬氏體，回火后，表面和中心的機械性能就會存在差異。對于在整個截面承受等值垃應力或者心部承受更高拉應力的工件，這種機械性能的不一致就會導致中心薄弱處成為疲勞斷裂的發源地。而對于受交變扭轉或者彎曲應力的工件，因為表面受力大，心部受力小或者不受力，那么即便存在性能差異，對最終的使用也不會有太大影響。所以，淬火工藝的選擇，同設計本身的需求息息相關。
所以，根據鋼的不同淬透性，我們可以認識到，淬透性越大，同樣的淬火條件下，淬硬層深度越大。同樣條件下能淬透的工件尺寸也越大。而對于同一零件，淬透性越大，代表我們得到表里一致機械性能的可能性就越大。因此，淬透性可視為鋼的一種工藝性能，是選擇材料制定熱處理工藝時應到考慮的因素之一。

測定和表示鋼的淬透性的方法很多，常用的有兩種：
1。臨界直徑法。
把同一中鋼制成一系列直徑不同的圓柱體，經同樣的加熱淬火，然后測量各圓柱體的淬硬層深度，其中心能淬硬的最大直徑叫做臨界淬火直徑，以D0表示。下圖演示了淬硬層深度的變化。我們同是可以從圖中看出，鋼在水中的臨界直徑大于在油中的臨界直徑(廢話嘛，同樣的熱度梯度下，表面冷卻速度越高，同梯度下心部的冷卻速度也越高啊）。
這里必須指出，所謂中心淬硬也有一個標準，通常是以中心得到半馬氏體（50%馬氏體組織）為淬硬的標準。個別也有以心部90%，95%馬氏體為標準的。這幾種混合馬氏體的硬度與含碳量的關系可以參考下圖。當馬氏體含量少于50%時，硬度會發生驟降，而在50%以上時，與完全馬氏體的硬度差異不大，這也是選擇半馬氏體坐位淬硬標準的原因。當然，大家不要讀死書，制定不同的淬硬標準，實際上是你對組織的要求。如果你要求必須完全馬氏體化，那么標準就是100%。
選用臨界直徑描述淬透性這一概念，雖然直觀簡明，但是測定麻煩，方法出入大，不易對比，也不精確。

2。末端淬火測定淬透性帶
末端淬火是國家標準規定的最常用的測定淬透性的方法。此法的要點是：將Φ25x100mm的標準試樣加熱后通過末端噴水（固定水壓）冷卻。參考下圖。由于冷卻速度不同，遠離末端的，冷卻就慢。因此在整個測試件上會形成以離末端距離為基礎的一系列不同硬度、組織成分的終物質帶。通過在試樣圓柱側面磨一個窄條，并自末端起每隔一定距離測量一個硬度。將硬度變化同距離為坐標描繪曲線，即得到下圖中的鋼的淬透性曲線。

根據GB225-63（老標準了，88年有過更新）規定，鋼的淬透性數值可以用符號J HRC/d 來表示。J表示末端淬透性。d表示半馬氏體區距試樣末端的距離，而HRC則為舉例d毫米處所測得得半馬氏體硬度值，如J 42/5表示馬氏體區距離試樣末端5mm，硬度為HRC42。
通過對不同鋼的淬透性測定，我們發現，隨著鋼成分在一定范圍內波動，因此鋼的淬透性曲線成帶狀分布。下圖和下表分別展示幾種鋼材的不同淬透性和臨界直徑。必須注意，由于存在多種因素影響臨界直徑，因此下表中的數據存在誤差，緊供參考。

最后，必須說明，淬透性和淬硬性是兩個不同的概念。淬硬性是鋼淬火后能得到的最高硬度，僅與含碳量和晶粒度有關。淬透性是指淬火后得到淬硬層的深度，受多種因素影響。

淬火是一個大章節啊。先到這兒吧。明天補完淬透性以及淬火缺陷。