高手零读杂谈：钢的淬透性及淬火缺陷

高手零读杂谈：钢的淬透性及淬火缺陷
看到有大侠提到了45钢是不是应该渗碳的问题。

这个问题其实应该这么看，是不是应该渗碳、氰化，其实看需求。

45号钢是中碳钢，本身淬透性有，但是45号钢淬火只能得到马氏体组织，最多有微量渗碳体提高硬度。

对于一般的使用来说，如果只是强化材料，增加表面抗疲劳能力等，淬火+回火工艺是可以满足的。

但如果对于表面有特殊的耐磨要求时，我们就需要将表面的含碳量增加，使其在热处理过程中形成高硬度和耐磨性的网状渗碳体组织。

而这时，渗碳是需要的。

所以，对于一个材料应该选用怎样的具体工艺，本质上是根据设计需求来选择的，当有了确定的设计需求之后，我们才需要根据需求选择合适的组织来满足，然后才能谈具体应该用什么工艺。

我建议大家多看书，但不要背死书。

要掌握关键，按着这个关键去理解为什么要那么用。

好了，不多说了，继续主题。

读书：《金属材料及热处理》陆大纮许晋堃合编
人民铁道出版社
《材料工程基础》王昆林编
清华大学出版社
杂谈十三:钢的淬透性及淬火缺陷
影响淬透性的因素。

钢的淬透性由其冷却速度决定。

临街冷却速度越小，也就意味着奥氏体越稳定，则淬透性越好。

因此，凡是影响奥氏体稳定的因素，均影响钢的淬透性。

1。

碳质量分数。

先说流行的观点吧。

首先说，对于碳钢，碳质量分数影响临街冷却速度，所谓的C线右移。

因此，对于亚共析钢，随着含碳量的增加，淬透性增加。

到共析钢时达到最大。

对于过共析钢，却正好相反，随着含碳量的增加，淬透性则降低。

流行观点认为，这是含碳量影响了临街冷却速度。

当然，我不是专门从事这方面的研究者。

但是从认知上讲，我并不太赞同这一形成理论。

首先，临街冷却速度对于大多数的第一印象是由等温冷却曲线得来的，也就是TTT图。

但我们很清楚，TTT图和CCT是很不同的。

比如对于亚共析钢，其珠光体转变的尖部甚至会落后于贝氏体转变的尖部。

所谓鼻尖位置便不再是以珠光体转变为基准。

此外，从淬透性的测定我们也清楚，淬透性的测定依据是半马氏体区的位置。

而半马氏体的获取除了跟珠光体的形成有关，对于亚共析钢，还存在珠光体与贝氏体的共生线，存在贝氏体与马氏体的共生线。

因此，从这个方面说，单纯的说C线移动形成淬透性不同，过去牵强。

但是，总的来说，这种碳含量的影响是客观存在的，我们可以先记忆这个事实，回头再讨论和研究其本质。

2。

合金元素。

除钴以外，其他与铁溶合的合金元素在溶于奥氏体后，都会使临界冷却速度降低，因而提高钢的淬透性，因此合金钢的淬透性往往要优于碳钢。

（插一句，后面再回头研究晶体结构的时候，会在穿插讨论这一问题。

）
3。

奥氏体化温度。

提高奥氏体华温度，将使奥氏体晶粒长大，成份均匀，可以减少珠光体的形核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。

（这点是
基于过冷形核的观点，老的教材上没有提及，新教材才涉及）
4。

钢中的未溶第二相
钢中未溶得碳化物、氮化物及其他非金属杂质物，都能促进奥氏体分解时的形核率和形核速度，使得即便在小过冷度下也容易发生珠光体转变。

因此会提高临界冷却速度，降低淬透性。

（同上一点一样，都是基于过冷形核形成的观点）
淬透性的应用。

1。

设计零件时应根据工作条件确定对钢的淬透性要求。

对于要求整个截面一致机械性能的，比如连杆螺栓、锤杆等，就要一定要淬透。

对于不要求整个截面一致性的，则可不只淬硬部分材质，比如以半径或者厚度的一半或1/4为标准。

同是，淬透性的需求也决定了，零件设计中的尺寸。

2。

根据淬透性曲线找出零件整个截面上的硬度分布。

然后可以根据这个分布图，对设计的零件进行粗略的组织校验，以此判定是否能满足你的设计要求，同是对于特殊零件还可以起到指导优化结构的作用。

例如下图是一直径50mm的圆钢棒制作的曲线，以此判定设计需求。

下二图，则是零件表面到中心的硬度分布曲线，既方便设计者确定组织构成，也方便精确设计时的应力分析。

3。

设计中计算强度需要查阅手册时，要注意手册上的性能数据是基于多大尺寸试样测得得。

因为试样尺寸越大，淬硬层越浅，性能越低。

而小试样的数据则会偏高。

因此，对于重要零件应合理考虑其差异，对于特别重要的则应根据自己情况实测。

4。

碳钢淬透性较低，用作大尺寸工件，难以淬透，因此大尺寸攻坚的调质处理其性能不必正火高多少。

当然，对于表面要求的不在此列。

因此，可以考虑合金钢。

5。

安排工艺时，也应考虑淬透性。

对于淬硬层浅的的大件，应注意加工余量的选择，既要保证精加工之后剩余部分的组织要求，又要保证粗加工后再安排淬火工艺的变形。

6。

对于焊接件不要求用淬透性高的钢种，否则焊缝热影响区内易形成淬硬组织，使脆性增加，产生裂纹。

7。

对于表面处理的钢，一般不要求有高的淬透性。

淬火缺陷及防止方法。

淬火缺陷主要是两大类，变形和裂纹。

淬火变形和裂纹都是由淬火时产生的内应力引起的，这种应力有两类：一类是零件急冷时由于内外温差产生的体积收缩不一致，叫做热应力。

另一类是奥氏体转变时零件各部分体积膨胀先后不一致，例如透镜马的撞晶，这种称为组织应力。

对于形状简单的零件，热应力往往使零件表面形成压应力，而内部产生拉应力。

而组织应力往往使表面产生拉应力。

当这种淬火应力（两种）的复合应力大于钢材屈服强度时，零件就会产生变形。

当复合应力大于抗拉极限时，则形成开裂。

下图为两种应力带来的变形夸大化图解。

（但是必须要说，这种以屈服强度和抗拉极限的比较实际上不甚合理。

材料屈服，源于晶格间拉力的断裂和再形成。

材料断裂则是晶格间拉力的断裂后不可再恢复。

回头说晶格的时候再说吧）。

本文为中国机械社区原创。

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