鋼的淬透性 Hardenability-of-steel
鋼接受淬火的能力。屬于由淬火所造成的決定鋼的硬化層深度和硬度分布的內(nèi)在特性，表現(xiàn)為鋼在MS點(diǎn)以上是否容易避免非馬氏體型相變產(chǎn)物的形成，也就是鋼的過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性的大小。它可由鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT圖)所限定的淬火臨界冷卻速度來(lái)衡量。臨界冷卻速度是過(guò)冷奧氏體不發(fā)生MS點(diǎn)以上任何轉(zhuǎn)變所需的最小冷速或者說(shuō)使鋼只發(fā)生馬氏體型相變的最小冷速。臨界冷速越小，過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性越大，則鋼的淬透性也越大，此即淬透性的實(shí)質(zhì)。淬透性是需要熱處理的絕大多數(shù)鋼在生產(chǎn)和使用過(guò)程中的重要信息媒介(需控制淬透性的鋼稱H鋼)和關(guān)鍵的質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一(機(jī)械零件設(shè)計(jì)中選擇鋼種的重要依據(jù))。
淬透性原理 奧氏體的成分(碳及合金元素)和晶粒大小是影響淬透性的主要因素。人們?cè)噲D根據(jù)奧氏體的成分(含晶粒大小)直接計(jì)算鋼的淬透性。1939～1942年，美國(guó)人格羅斯曼(M．A．Grossmann)提出，奧氏體中元素對(duì)淬透性的影響是相乘的關(guān)系，而不是早先人們認(rèn)為的相加關(guān)系。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到不同元素的淬透性乘子，提出了理想臨界直徑(D1)的概念。淬透性的定義主要考慮的是顯徽組織，而淬透性的測(cè)量通常只限于硬度。為找出二者之間的相應(yīng)關(guān)系，首先需規(guī)定%26ldquo;淬透%26rdquo;的標(biāo)準(zhǔn)(涵義)。例如可按50％馬氏體加50％其他轉(zhuǎn)變產(chǎn)物這種復(fù)合組織的硬度(簡(jiǎn)稱半馬氏體硬度)作為淬透的一種標(biāo)準(zhǔn)。在端淬曲線上相應(yīng)于半馬氏體區(qū)的距離J(簡(jiǎn)稱半馬距)也可作為淬透性的一種量度。利用格羅斯曼1941年建立的、后經(jīng)美國(guó)人卡爾尼(D．J．Carney)于1954年修正的Di和端淬距離的關(guān)系曲線，可由半馬距求得Di。當(dāng)然也可以根據(jù)其他馬氏體百分?jǐn)?shù)來(lái)規(guī)定淬透的標(biāo)準(zhǔn)，如99．9％馬氏體，或99％馬氏體，或90％馬氏體等。50％馬氏體之所以用得較多，除了在實(shí)驗(yàn)上測(cè)定起來(lái)較方便以外，主要是因?yàn)榘椿瘜W(xué)成分計(jì)算淬透性的基礎(chǔ)工作都是基于格羅斯曼關(guān)于理想臨界直徑D-的概念。而D1是以50％馬氏體來(lái)定義的。鋼在某給定淬火介質(zhì)中淬火后，鋼棒中心得到50％馬氏體的最大直徑稱為臨界直徑(Do)。由于Do制約于冷卻條件，不便進(jìn)行比較。于是，格羅斯曼提出可統(tǒng)一進(jìn)行比較的理想臨界直徑Di。并建立了Di與不同介質(zhì)中得到的D0之間的換算關(guān)系圖。所謂理想臨界直徑，即在淬火烈度H為無(wú)限大的理想冷卻介質(zhì)中淬火后，鋼棒中心得到50％馬氏體的最大直徑。這種理想冷卻介質(zhì)(H=%26infin;)可在瞬間把鋼件的表面溫度降至淬火液的溫度，而且在冷卻過(guò)程中鋼件表面一直可保持在這個(gè)溫度(強(qiáng)烈攪拌的冷鹽水就近似于這種冷卻條件)。這樣，Di就不受具體冷卻條件的限制，從而便于進(jìn)行對(duì)比。格羅斯曼把鋼的理想臨界直徑表示為：Di=Di0fsi%26bull;fmn%26bull;fcr%26bull;fmo%26bull;fni%26bull;%26bull;%26bull;%26bull;%26bull;%26bull;。式中Di0為給定奧氏體晶粒大小和碳含量的非合金鋼的理想臨界直徑(稱為基礎(chǔ)理想臨界直徑)，fsi fmn fcr，%26hellip;%26hellip;稱為鋼中所含各合金元素在給定含量下的淬透性乘子。可見(jiàn)，淬透性乘子就是備元素在給定含量下所增大的D10的倍數(shù)。格羅斯曼早期的有關(guān)淬透性乘子的數(shù)據(jù)，主要是在含有通常的0.8％錳和殘余合金元素的中碳鋼(0.6％C)中得到的。1942～1946年，很多研究者發(fā)表的一系列文章進(jìn)一步闡明和修正了格羅斯曼所提出的概念和各元素的淬透性乘子(限0.25％～0.6％C)。
隨著對(duì)淬透性研究的進(jìn)展，人們認(rèn)識(shí)到格羅斯曼的淬透性(相乘)原理是正確的。但這一原理在實(shí)際的運(yùn)用中還存在一些問(wèn)題：(1)一個(gè)給定元素的淬透性乘子，并不總是正比于該元素的含量。(2)元素之間往往發(fā)生交互作用。一個(gè)給定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的元素，當(dāng)該元素與其他元素一起加入時(shí)，同它在鋼中單獨(dú)使用時(shí)，其淬透性乘子往往是不同的，元素在相互作用的條件下所表現(xiàn)出的效果可以是倍增的。(3)利用硬度測(cè)量法確定試鋼gorlg。樣硬化特性曲線上半馬氏體區(qū)的精確性尚有問(wèn)題。因?yàn)椴煌匿撛诖藚^(qū)域的非馬氏體相變產(chǎn)物，可以是珠光體，也可以是貝氏體等。因而使問(wèn)題復(fù)雜化。直接用顯微組織的定量法代替硬度法確定半馬氏體區(qū)，原則上更為合理，但實(shí)驗(yàn)工作的難度較大。盡管如此，多年來(lái)所積累的大量有關(guān)合金元素對(duì)淬透性影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖表等)，可以在中碳(0.25％～0.6％c)鋼中對(duì)合金元素的平均效用做出估算。1973年，美國(guó)人布朗恩(G．T．Brown)、詹姆斯(B．A．James)和柯卡爾迪(J．s．Kirkaldy)的工作進(jìn)一步把合金元素在鋼中的交互作。用考慮進(jìn)去，可較為精確地預(yù)測(cè)鋼的淬透性。以上這些工作對(duì)H鋼的生產(chǎn)起了重要的指導(dǎo)作用。
在低碳合金鋼的研究領(lǐng)域，1971年美國(guó)人竇恩等(D．v．Doane)得出了低碳(0.15％～0.25％c)鋼中錳、硅、鎳、鉻、鉬幾種合金元素的平均淬透性乘子以及鎳、鉬交互作用下鉬的淬透性乘子。其淬透判據(jù)仍為50％馬氏體。為滲碳鋼的研究提供了依據(jù)。在高碳鋼的研究領(lǐng)域，1955～1973年，美國(guó)人杰蔡克(C．F．Jatczak)先后研究了高碳(1.0％)條件下錳、硅、鉻、鎳、鉬、鋁、硼等元素的淬透性乘子，以及鎳、錳交互作用的綜合淬透性乘子。結(jié)果表明，錳在高碳鋼中增大淬透性比在低碳鋼中有效；而鉻的效果則較小。鉬在滲碳后直接淬火的鋼中要比在滲碳后重新加熱淬火的鋼中有效得多。鎳在高碳鋼中比在中碳鋼中有效，等等。這些結(jié)果為研究鋼的滲層淬透性打下基礎(chǔ)。但滲層淬透性的淬透判據(jù)改為99％馬氏體或90％馬氏體。
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