鋼的淬透性是決定零部件在熱處理過程中性能高低的重要參數(shù)之一。在實際生產(chǎn)中，35CrMo鋼各項元素含量的在一定范圍內(nèi)，而非固定值 ，成分不固定會直接影響鋼的淬透性。通過模擬計算和實際試驗對比分析，結(jié)果顯示：JMatpro 軟件模擬 35CrMo 鋼淬透性的準(zhǔn)確性較高。利用 JMatpro 軟件對 35CrMo鋼中各項元素不同含量進行模擬計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素的含量對 35CrMo 鋼的淬透性都有影響，其中 C、Si 元素對淬透性的影響要比其他三種元素稍高。
35CrMo 鋼是一種中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，主要應(yīng)用于要求高韌性、較大沖擊、抗彎能力強的重要零件，如變軸、齒輪、汽輪機發(fā)動機轉(zhuǎn)子等，在機械制造行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。35CrMo鋼在使用前要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，而淬火是得到較高強度韌性的重要過程。在實際生產(chǎn)中，35CrMo鋼各項化學(xué)成分是在一定范圍內(nèi)，而非固定值 ，化學(xué)成分的不同會影響鋼的淬透性，從而影響調(diào)質(zhì)后鋼的性能。特別是在生產(chǎn)中，無法對每種化學(xué)成分的 5CrMo 鋼進行端淬試驗。目前，35CrMo 鋼的研究主要集中于調(diào)質(zhì)工藝[1]、耐腐蝕性能[2]等方面，對于化學(xué)成分對 35CrMo 鋼淬透性影響方面的研究較少。本文利用 JMatpro 對不同化學(xué)成分的 35CrMo鋼進行淬透性模擬計算，分析各項元素含量對淬火性能的影響，對于實際生產(chǎn)有著重要的指導(dǎo)意義 。
1 淬透性計算方法
鋼在一定條件下淬火時獲得馬氏體組織深度的能力 稱為淬透性 [3]。淬火后的鋼，不僅表面而且在一定深度內(nèi)也有不同程度的硬化 。JMatpro 軟件中采用的淬透性計算方法為末端淬火試驗法[4]（Jominy法），如圖 1 所示。
將一個直徑 30mm 的鋼進行端部淬火，根據(jù)不同位置馬氏體的含量確定鋼的淬火能力，隨著距離水冷端越遠，冷卻速度越慢，馬氏體的含量也越低 ，淬硬層深度越淺。冷卻速率計算：
其中
計算距離水冷端不同位置處的冷卻速度，它是溫度和距離水冷端距離 x 的函數(shù)。Ta 是奧氏體轉(zhuǎn)變臨界溫度，?是熱擴散率，隨著 x 變化，與不同位置處的實際溫度 T 有關(guān)，還與奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。
2 模擬計算與試驗
通過模擬計算和實際試驗對比分析，驗證 JMatpro 軟件對于 35CrMo 鋼淬透性模擬計算的準(zhǔn)確性，35CrMo 鋼化學(xué)成分如表 1 所示。
2.1 TTT 圖模擬計算
TTT 圖（C 曲線）是反映過冷奧氏體等溫冷卻時，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型以及轉(zhuǎn)變量與時間，溫度之間的關(guān)系曲線[5]。根據(jù) TTT 圖（圖 2）可知，35CrMo 鋼在冷卻時首先析出鐵素體，溫度為 792℃，珠光體析出溫度744.4℃，貝氏體析出溫度 591℃，馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度為 364℃，轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度為 250℃。
2.2 淬透性模擬及試驗
根據(jù)圖 3 可以看出，在淬火端表面鋼的強度和硬度值最高，屈服強度 1731.69MPa，抗拉強度 1936.32 MPa，硬度 HV=615.87。根據(jù)圖 4 顯示，距離端面 0.38mm 時，非馬氏體的含量為 50%，距離端面0.7mm 時，非馬氏體的含量為 90%。
為驗證 JMatpro 軟件模擬的準(zhǔn)確性，進行末端淬火試驗。圖 5 為淬火端 0.38mm 處顯微組織，采用型號為 Olympus-DSX500 的金相顯微。35CrMo 鋼淬火組織為板條馬氏體+貝氏體+少量鐵素體，利用面積法計算得出馬氏體含量為 51.6%。采用 MH-5 數(shù)字式顯微硬度計對試樣進行測量，表 2 可以看出，模擬計算硬度與實際試驗硬度差距不大。通過試驗證明，JMatpro軟件模擬 35CrMo 鋼淬透性的準(zhǔn)確性較高。
3 化學(xué)成分對淬透性影響模擬計算
根據(jù) 35CrMo 鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)，對于可能影響淬透性的 C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素進行含量設(shè)定，每個元素含量分別取其上限、中間值及下限 ，如表 3 所示。對 13 組化學(xué)成分的 35CrMo 鋼進行淬透性模擬計算。
13 組不同元素含量淬透性模擬計算結(jié)果如表 4 所示。結(jié)果顯示：C、Si、Mn、Cr、Mo五種元素的含量對35CrMo 鋼的淬透性都有影響。1#、4#、6#、8#、10#分別為 C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素為變量，當(dāng)其中一種元素為變量取下限時，另外四種元素取范圍內(nèi)中間值，馬氏體為 50%的距離均在 0.44cm 左右，如圖 6a 所示；同樣，3#、5#、7#、9#、11#分別為 C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素在范圍含量內(nèi)的上限結(jié)果，馬氏體為 50%的距離均在 0.55cm 左右，如圖 6b 所示。其中 C、Si 元素對淬透性的影響要比其他三種元素稍高。
2#、12#、13#分別為五種元素均取平均值、下限、上限。結(jié)果顯示，2#含馬氏體 50%在0.48cm 處，12#含馬氏體 50%在 0.31cm 處，13#含馬氏體 50%在 0.78cm 處，如圖 7 所示。當(dāng)各項元素含量均取下限時，35CrMo 鋼的淬透性較差；當(dāng)各項元素含量均取上限時，淬透性較好。
4 結(jié)論
（1）35CrMo 鋼在冷卻時首先析出鐵素體，溫度為 792℃，珠光體析出溫度 744.4℃，貝氏體析出溫度591℃，馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度為 364℃，轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度為 250℃。
（2）C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素的含量對 35CrMo 鋼的淬透性都有影響。當(dāng)其中一種元素為變量取下限時，另外四種元素取中間值，馬氏體為 50%的距離均在 0.44cm 左右；當(dāng)其中一種元素為變量取上限時，另外四種元素取中間值，馬氏體為 50%的距離均在 0.55cm 左右。其中 C、Si 元素對淬透性的影響要比其他三種元素稍高。
（3）當(dāng)各項元素含量均取下限時，35CrMo 鋼 的淬透性較差；當(dāng)各項元素含 量均取上限 時，淬透性較好。
參考文獻
[1] 陸金二. 35CrMo 鋼的熱處理[J].熱處理,1999,(4):25-28.
[2] 郝文魁,等. 35CrMo 鋼在酸性 H2S 環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕行為與機理[J].機械工程學(xué)報,2014,(4):56-60.
[3] 于晃,等. 利用 JMatpro 軟件對 40NiCrMo7 鋼熱處理參數(shù)的計算[J]. 沈陽市科學(xué)技術(shù)協(xié)會會議論文集
[4] 邊書.高鐵用 25CrMo 車軸鋼淬透性的研究[D].沈陽理工大學(xué),2012.
[5] 劉國勛.金屬學(xué)原理[M].北京 :冶金工業(yè)出版社,1980,149-151.
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