结构钢的淬透性曲线测定
钢的淬透性曲线的测定
钢的淬透性曲线的测定一、实验目的与要求1．建立淬透性的概念，熟悉测定结构钢淬透性的方法。
2．了解淬透性及淬透性曲线在热处理工艺上的一些应用。
二、实验设备及材料1. 设备：箱式电阻加热炉；端淬装置。
2. 材料：45钢和40Cr钢制成的标准端淬试样若干个。
三、实验原理所谓钢的淬透性，是指钢在淬火时获得马氏体的能力。
它是钢材本身固有的一个属性。
淬透性的大小是用淬透层深度来表示的。
从理论上讲，淬透性应以全部马氏体（或含少量残余奥氏体)组织的深度来定。
但实际土，要用测硬度的办法来确定这一深度很困难。
因为当马氏体组织中含有少量非马氏体组织时，在硬度值上并无明显变化。
只有当钢中含有50％马氏体组织时，硬度才会发生明显变化，且在宏观腐蚀时，此区域又是白亮层与未硬化区的分界，容易确认。
因此，在实践中人为地把工件表面到半马氏体组织的深度作为淬透层深度。
半马氏体组织的硬度主要取决于钢的含碳量。
图1-3表明了含碳量与半马氏体组织硬度的关系。
钢的淬透性的大小对其热处理后的机械性能有很大的影响，对合理选材及正确制定热处理工艺都是十分重要的。
影响钢的淬透性的因素很多，如钢的化学成分、奥氏体化温度及钢的原始组织等。
应当指出，钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念。
淬硬性是指钢淬火后获得马氏体的最大硬度值，与钢的含碳量有关，含磷量高，淬硬性相应就好。
四、实验内容及步骤一）内容：45钢末端淬透性实验。
试样按GB225-63中规定了试样的形状和尺寸（见图3-1）。
图3-1 端淬试验原理图二）步骤：1. 将试样按热处理工艺规范进行加热并保温后，迅速从炉中取出，放在顶端淬火器上（见图2-1）。
同时打开喷水阀门进行喷水，喷水时间不应少于10分钟，水温应保持在10—30℃，自由水柱高度以65mm 为准2. 淬火后将试样圆柱表面相对称的两侧各磨去0.4mm 的深度，以得到两个相互平行的平面。
磨制过程中要进行冷却，以免试样产生回火而影响硬度的测量。
钢的淬透性末端淬火试验
钢的耐热性评价
耐热性评价
末端淬火试验还可以用于评价钢的耐热性，即在高温下保持钢的性能的能力。耐热性对于在高温环境下工作的部 件非常重要。
耐热性影响因素
钢的耐热性受到合金元素、微观组织和热处理工艺的影响。了解这些因素有助于优化钢的性能，提高其在高温环 境下的稳定性和持久性。
对实际应用的指导意义
材料选择
淬火过程中的温度、时间和冷却速度等工艺参数 对淬透性有显著影响，通过优化这些参数，可以 提高钢的淬透性能。
05
试验结论
钢的淬透性评估
淬透性评估
通过末端淬火试验，可以评估钢的淬 透性，即钢在淬火过程中获得淬硬层 的深度。淬透性取决于钢的化学成分、 温度、冷却速度等因素。
影响因素
钢的淬透性受到多种因素的影响，如 合金元素、碳含量、热处理工艺等。 这些因素对钢的硬度和抗疲劳性能有 显著影响。
在比较不同钢种的淬透性时，应综合考虑其化学成分、纯 净度、显微组织等因素，以及其在不同温度和冷却速率下 的组织转变和相变行为。
02
试验原理
淬火原理
01
淬火是将钢加热至奥氏体化后迅 速冷却，使钢转变为马氏体或贝 氏体组织的热处理工艺。
02
通过淬火，可以提高钢的硬度和 耐磨性，同时使钢获得所需的机 械性能。
对试验数据进行整理、分析和处理，计算 淬透性指标，如Jominy淬透性值、KocksZimmerman曲线等，以评估钢的淬透性。
04
试验结果分析
淬透性曲线分析
淬透性曲线
淬透性曲线是描述钢在不同温度 和时间下淬火后硬度的变化曲线， 通过分析曲线可以了解钢的淬透 性能。
淬透性指标
淬透性指标包括临界淬火速率、 淬火温度范围等，这些指标可以 用来评估钢的淬透性能。
45、60Si2Mn钢的淬透性与淬硬性分析
45、60Si2Mn钢的淬透性与淬硬性分析摘要：淬硬性[1]是指钢在正常淬火条件下，所能达到的最高硬度。
淬硬性主要与钢中碳的含量有关。
形状、尺寸相同的不同钢材淬火后，所获得的硬度值大小是不相同的。
可以根据所获得的最高硬度来进行淬硬性的比较，硬度越高的淬硬性越好，反之，硬度越低的淬硬性越差。
淬透性[1]是指钢材在理想条件下淬火所能获得的马氏体组织硬层深度的倾向。
淬透性是钢材固有的一种属性，它取决于钢的淬火临界冷速[1]的大小。
形状、尺寸相同的不同钢材，在相同条件下淬火后，它们所获得淬层深度是不相同的，淬硬层深度越深，我们就说他的淬透性越好。
相反，淬层深度越浅，它的淬透性越差。
本次综合实验研究在正常淬火条件下，45钢和60Si2Mn的硬度差别与变化，来对比不同钢种的淬硬性和淬透性的差别，通过金相组织的对比来说明影响45钢和60Si2Mn的淬透性和淬硬性的组织因素。
关键词：淬透性淬硬性含碳量临界冷却速度Research on Quenched and Hardenability Characteristics of 45 and 60Si2Mn Steels Abstract:Q uenching rigid means steel can reach the highest rigidity’s ability in normal quenching condition. Major in steel quenching rigid with carbon content. The same in different shapes, sizes steel quenching after hardness value is not the same size. According to the highest rigidity obtained to compare, the higher the better the quenching rigid, conversely, the lower the rigid quenching.Its quench-hardening ability means steel can obtain martensitic organizations of hard layer depth in ideal quenching conditions. Its quench-hardening ability is an attribute of the inherent steel, which depends on the steel quenching cooling rate of critical size. Under the same conditions after quenching, the same in different shapes, sizes steel, obtain differ depth is quenched. The depth of hardening layer, the better its quench-hardening ability, instead the shallow depth of quenching, its quench-hardening ability.This comprehensive experimental research on normal quenching condition,the difference of hardness change between 45 and 60Si2Mn , to contrast different kinds of rigid and its quench-hardening ability. Through comparison of metallographic organization to illustrate the influence of 45 steel 60Si2Mn and its quench-hardening ability and organizational factors of rigid.Keywords:Quenched Characteristic Hardenability characteristic Carbon content Critical cooling rate目录第一章绪论 (1)1.1 45、60Si2Mn的综合性能和应用 (1)1.1.1 45钢的工作条件及性能要求 (1)1.1.2 60Si2Mn的工作条件与性能要求 (1)1.2钢的热处理 (2)1.2.1调质钢的热处理 (2)1.2.2弹簧钢的热处理 (2)1.3合金元素在45、60Si2Mn中的作用 (3)1.3.1合金元素在45中的作用 (3)1.3.2合金元素在60Si2Mn中的作用 (3)1.4 本次实验目的 (3)第二章实验方案和实验过程 (4)2．1实验材料及设备 (4)2．1．1实验材料45、60Si2Mn的化学成分 (4)2．1．2实验设备 (4)2.2实验方案 (4)2.1.2钢的热处理工艺参数 (4)2.1.3实验过程 (4)2.3金相显微组织观察 (5)2.3.1金相组织的制备 (5)2.3.2 显微摄影 (5)第三章实验结果分析 (6)3．1实验结果 (6)3.1．1硬度值记录 (6)3．1．2实验试样金相组织照片 (6)3．2 45、60Si2Mn淬火后组织分析 (7)3．3 45、60Si2Mn淬硬性和淬透性分析 (7)第四章实验结论 (9)参考文献 (10)第一章绪论1.1 45、60Si2Mn的综合性能和应用1.1.1 45钢的工作条件及性能要求通常将经过淬火和高温回火处理而使用的结构钢成为调质钢。
第3章 钢的淬火与回火
第3章 钢的淬火与回火钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、也是用途最广的工序。
淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度。
淬火后，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。
所以，淬火与回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。
淬火与回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理，是赋予钢件最终性能的关键性工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。
3.1 钢的淬火与分类淬火是将钢加热至临界点（A c1或A c3）以上，保温一定时间后快速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法。
图3-1是共析碳钢淬火冷却工艺曲线示意图。
v c 、v c '分别为上临界冷却速度（即淬火临界冷却速度）和下临界冷却速度。
以v >v c 的速度快速冷却（曲线1），可得到马氏体组织；以v c >v >v c '的速度冷却（曲线2），可得到马氏体＋珠光体混合组织；以曲线3冷却则得到下贝氏体组织。
钢淬火后的强度、硬度和耐磨性大大提高。
w c ≈0.5％的淬火马氏体钢经中温回火后，可以具有很高的弹性极限。
中碳钢经淬火和高温回火（调质处理）后，可以有良好的强度、塑性、韧性的配合。
奥氏体高锰钢的水韧处理，奥氏体不锈钢、马氏体 时效钢及铝合金的高温固溶处理，都是通过加热、保温 和急冷而获得亚稳态的过饱和固溶体，虽然习惯上也称 为淬火，但这是广义的淬火概念，它们的直接目的并不 是强化合金，而是抑制第二相析出。
高锰钢的水韧处理 是为了达到韧化的目的。
奥氏体不锈钢固溶处理是为了 提高抗晶间腐蚀能力，铝合金和马氏体时效钢的固溶处 理，则是时效硬化前的预处理过程。
本章讨论钢的一般淬火强化问题，其淬火工艺分类见表3-1。
表3-1 钢的淬火工艺分类图3-1 共析钢的淬火冷却工艺热处理工艺及设备3.2 钢的淬透性一、淬透性的基本概念1．淬硬层与淬透性由于淬火冷却速度很快，所以工件表面与心部的冷却速度不同，表层最快，中心最慢（见图3-2a ）。
结构钢的淬透性曲线测定
结构钢的淬透性曲线测定（3学时）一、实验目的1、学会用末端淬火法测定钢的淬透性曲线。
2、学会确定钢的“临界淬透直径”的方法。
二、实验内容：1、概述：钢的淬透性是指钢在淬火时所能得到的淬硬层深度大小的能力，淬硬层是指有钢的表面至半马氏体区的深度。
它决定了钢淬火后，从表面到心部硬度的分布情况。
它是钢的一种热处理工艺性能，它已成为机械设计时合理的选择钢材和生产上正确制定热处理工艺的主要依据之一。
半马氏体区的深度取决于钢的含碳量，图5—1为不同含碳量的碳钢的半马氏体的硬度。
由图可知半马氏体区的深度随含碳量的增加而有规律性的提高。
按国家标准规定淬透性的测定方法有以下两种：1）、碳素工具钢淬透性试验法（GB227—63）；按断口状态评定淬透性的一种方法2）、结构钢末端淬透性试验法（GB225—63）。
适用于碳素及一般合金结构钢。
本实验为结构钢末端淬透性试验。
图5—1 图5—2 图5—3（1）、碳素工具钢淬透性试验法（GB227—63）；按断口状态评定淬透性的一种方法，（2）、结构钢末端淬透性试验法（GB225—63）。
适用于碳素及一般合金结构钢。
本实验为结构钢末端淬透性试验。
2、末端淬透性实验法：末端淬透性试验通常用于测定碳素结构钢及一般合金结构钢的淬透性供实验用的试样，在标准中已作了规定，其尺寸与加工精度如图5—2所示：试样放在控温准确的电炉中加热，淬火加热温度应与该钢种标准技术条件中规定的淬火温度为准，保温时间为30分钟。
加热试样自炉内取出至水淬开始时间不得超过5秒钟淬火时试样应放在特殊支架上冷却，如图5—3所示。
试样支架必须保证在淬火过程水柱垂直向上喷射在试样末中心部位，试样顶端至喷水口距离为12.5毫米，喷水口直径为12.5毫米，在淬火过程中注意不能让水溅到试样侧面。
为了保证冷却条件一致，必须事先调整好水柱的自由高度65±10毫米，支架上有水应事先擦干，淬火过程中水压要稳定，水淬时间不得少于10分钟。
20CrMnTiH齿轮钢淬透性试验研究
况下宜向下限控制 ［６］ 。
３．１．５ 硼
Ｂ 元素虽然是残余元素，但是影响钢的淬透性比较明显。
在其含量很低时也会显著增加钢的淬透性。 这是因为 Ｂ 作为
表面活性元素，吸附在奥氏体晶界上，利于形成马氏体，提高淬
透性。 所以 Ｂ 含量的控制要尽可能低。
在含碳 ０．２０％左右的齿轮钢中，硅是铁素体强化的元素，以
固溶状态存在于钢中，但会明显增加材料的冷弯开裂倾向，故
不宜高，否则会对材料的疲劳性能产生不利影响。 铝是强脱氧
元素，具有明显的细化晶粒作用 ［２－３］ ，鉴于其对淬透性影响较
小，选择适量加入。
３．１．３ 锰、铬
锰对淬透性贡献显著，其在低碳钢中对淬透性的影响略高
钢的淬透性。
２．１ 试样尺寸
试样尺寸为：直径 ２５ ｍｍ，长度 １００ ｍｍ 的圆棒状试样。 为
方便淬火时试样的夹持，并快速对中，在试样非淬火端加工出
直径为 ３０ ｍｍ 的凸台。 加工试样如图 １ 所示。
１ ２０ＣｒＭｎＴｉＨ 化学成分要求
２０ＣｒＭｎＴｉＨ 系列齿轮钢是目前国内用量最大的一个钢种，本
３．２ ２０ＣｒＭｎＴｉＨ 齿轮钢窄成分控制
结合以上分析可知，仅仅依据国家标准制定的化学成分配
比一般很难达到理想效果，也无法满足窄淬透性带宽的要求，
需要合理优化各元素的配比。 在确定了各化学元素影响淬透
性大小的基础上，利用专业软件对合金成分配比进行系统分
析，经过一系列的试验、分析，并且不断优化，确定了 ２０ＣｒＭｎＴｉＨ
２ 钢的淬透性及其试验方法
淬透性是指钢在一定条件下淬火时获得淬硬深度的能力。
钢的淬 透 性 可 用 试 验 测 定。 常 用 的 试 验 方 法 为 ＧＢ ／ Ｔ２２５—
淬透性与淬硬性(精)
②在油淬“表面”栏的35mm处引垂线，与端淬曲线分别交于 48HRC和58HRC。这表明直径为35mm的40Cr钢棒料油淬后，表面硬 度为48HRC～58HRC，可满足表面硬度>45HRC的要求。故该工件可 选用40Cr钢。
45钢与45Cr钢的淬透性曲线
45钢
40Cr钢
2) 预测工件淬火后硬度分布
碳化物形成元素只有溶入奥氏体才可起增大淬透性的作用，若存在于碳 化物中则反而起降低淬透性的作用。 (2)奥氏体晶粒度和成分均匀程度同样加热条件下，奥氏体晶粒越大，成 分越均匀，则过冷奥氏体越稳定，故淬透性越好。
(3)未溶第二相的影响钢中未溶碳化物、氮化物等与奥氏体的交界处是珠 光体、贝氏体择优形核地点，可促进珠光体、贝氏体形核，降低过冷奥 氏体的稳定性，故降低淬透性；此外，未溶碳、氮化物还会阻碍奥氏体 晶粒长大，也对淬透性有降低作用。 此外，形变和应力场等对钢的淬透性也有影响。
(2)淬透性与实际淬透层深度的关系
• 实际淬透层深度(常简称为淬透深度或淬硬(层)深度)与淬透性之间有密 切关系，但又有着重要的区别。
• 实际淬透深度是指在实际具体条件下获得的马氏体层深度，对试样尺 寸、形状及冷却条件等没有要求，其值是随条件变化而变化的。而淬 透性反映的是标准条件下的淬透深度，其值是固定的，所用试样尺寸、 形状及冷却条件等都要求处在标准状态。 例如，45钢在标准条件下的淬透深度约为l5mm，而同样试样在20℃、 5％(质量分数)食盐水中的淬透深度可达21mm，在油中的淬透深度却不 到l0mm。
1)根据端淬曲线合理选用钢材，以满足心部硬度的要求。
例如：某直径为35mm圆柱形工件，要求油淬(H=0．4)后表面硬度 >45HRC，心部硬度>32HRC，可否选用40Cr?
ASTM（A255-02）钢的淬透性试验方法
ASTM（A255-02）钢的淬透性试验⽅法钢淬透性的标准试验⽅法ASTM（A255-02）1.范围1.1本规范包括钢淬透性试验⽅法的描述。
这两种试验⽅法包括端淬或Jominy试验或根据化学成分计算钢的淬透性。
1.2 由已知钢种选择决定淬透性的⽅法由供货⽅和客户共同决定。
材料检测报告应注明所⽤的淬透性试验⽅法。
1.3这些试验⽅法中所采⽤的计算⽅法仅适⽤于具有以下化学成分范围的钢：元素范围，%碳0.10-0.70锰0.50-1.65硅0.15-0.60铬最⼤1.35镍最⼤1.50钼最⼤0.551.4淬透性是测量钢在奥⽒体转变点淬⽕深度的⼀种⽅法，见表1。
它是⼀种定量的描述⽅法，测量试样具有标准尺⼨和形状，⽤标准淬⽕⽅法进⾏淬⽕得到淬⽕的深度或宽度。
在端淬试验中，淬⽕深度是从淬⽕端部到某硬度值的距离。
表1 正⽕和奥⽒体转变温度A钢种要求的最⼤碳含量（%）正⽕温度（℃）奥⽒体温度（℃）1000，1300，1500 ≤0.25 925 9253100，4000，4100 0.26-0.36 900 8704300，4400，45004600，4700，50005100，6100B，81008600，8700，88009400，9700，9800≥0.37 870 8452300，2500，3300 ≤0.25 925 8454800，93000.26-0.36 900 815≥0.37 870 8009200 ≥0.5 900 870A 在此表格中温度变化在±6℃以内是允许的。
B 对于6100钢来说正⽕和奥⽒体化温度要⽐此表中⾼30℃。
1.5淬透性值的单位应以英⼨-磅为标准单位，国标单位仅供参考。
1.6本规范没有安全⽅⾯的条款，如果有，应根据应⽤条件⽽定。
本规范的使⽤者应制定安全和健康条例并保证其适⽤性。
2.参考⽂献2.1ASTM标准E018 ⾦属材料洛⽒硬度和表⾯洛⽒硬度试验标准E112 平均晶粒尺⼨的检验⽅法端淬或JOMINY试验3.说明3.1本试验包括⽤端淬或Jominy试验⽅法来测定钢淬透性的试验程序。
钢的淬透性测定
2.
在相同冷却条件下，Do越大，钢的淬透性越好。
3. 2.
表
中表
面 心 一般规定从表面到50%
工件截面上不同冷却速度
面
表
中
表
面
心
面
共析钢的Vk最小，淬透性最好。
a）已淬透 2.
（一） 根据零件工作条件不同合理确定钢的淬透性
b）未淬透
➢淬透性对调质后钢的力学性能的影响 淬火温度为760℃、800℃及840℃。
半M与碳含量
（二）临界直径法
生产中也常用临界淬火直径表示钢的淬透性。 临界淬火直径——圆棒试样在某介质中淬火时所能 得到的最大淬透直径（即心部被淬成半马氏体的最 大直径），用Do表示。
在相同冷却条件下，Do越大，钢的淬透性越好。
（三）断口检测法
适用于测量碳素工具钢的淬透性。
规定试样尺寸为20×20×100mm，也可采
除co外其余合金元素均使c曲线右移降低v二热处理工艺制定的依据三尺寸效应一根据零件工作条件不同合理确定钢的淬透性淬透性的应用钢件淬硬层深度随其截面尺寸冷却介质及冷却方式等参数的确定在规定条件下钢在淬火时获得马氏体组织深度的能力
钢的淬透性测定
一、实验目的
1. 熟悉用顶端淬火试验法（简称：端淬法）测定钢的淬透性。 2.比较碳钢与合金钢的淬透性。
心部 表面
A1
温度 冷速V
V临
时间
工件截面上不同冷却速度
非马氏体区
马氏体区
淬硬区与未淬硬区示意图
工件淬硬层与冷却速度的关系
淬透性差
淬透性好
硬度HRC
0 直径
0 直径
两种钢的淬透性
（注：料直径相同，在相同淬火介质中淬火）
金属学复习题
⾦属学复习题复习题⼀⼀、名词解释2、加⼯硬化： 5、合⾦：⼆、填空题1、所有的固态物质就其原⼦（或分⼦）排列的规则性来分类，可分为两⼤类，其中把内部原⼦（或分⼦）呈周期性规则排列的物质称为，否则称为。
2、常见的⾦属晶体结构有、和。
3、细化晶粒的⽅法主要有、和机械⽅法。
4、典型铸锭结构的三个晶区分别为、和。
5、⾦属材料热加⼯和冷加⼯的界限是以再结晶温度为界限的。
已知铁的T再=600℃，铅的T再=-33℃，那么在室温下，铁的变形加⼯称为加⼯，铅的变形加⼯称为加⼯。
6、钢的淬透性越⾼，则其C曲线的位置越向（填“左或右”）。
7、机械零件在⼯作条件下，可能受到的负荷有三⼤类，分别是、和。
8、按钢中合⾦元素含量⾼低，可将合⾦钢分为、、。
9、选材通常须遵循的三个原则是、、。
10、冷变形后的⾦属在加热的过程中，随着温度的升⾼和加热时间的延长，其组织和性能⼀般要经历三个阶段的变化，它们依次是、、。
三、选择题（共10分，每⼩题1分）1、从铁碳合⾦相图中可知，共析钢所得到的室温平衡组织为（）。
a、珠光体b、铁素体+珠光体c、低温莱⽒体d、铁素体2、⾦属结晶时，冷却速度越快，其过冷度将：（）a、越⼤b、越⼩c、等于零d、变化不确定3、实际⾦属结晶时，形核速率越⼤，则结晶后所获得的晶粒（）a、越细⼩b、越粗⼤c、⼤⼩不受影响d、变化不确定4、固溶体的晶体结构与（）相同。
a、溶质b、溶剂c、不同于溶剂和溶质的其它晶型d、a、b、c都有可能5、T10钢的含碳量为：（）a、0.10%b、1.0%c、10.0%d、0.01%6、铁素体的机械性能特点是：（）a、低塑性、⾼强度b、⾼塑性、⾼强度c、⾼塑性、低强度d、低塑性、低强度7、GCr15钢中的Cr的平均含量为：（）a、15%b、1.5%c、0.15%d、没有表⽰出来8、汽车、拖拉机的齿轮要求表⾯⾼耐磨性，中⼼有良好的强韧性，应选⽤：（）a、20CrMnMob、65Mnc、Cr12MoVd、T89、铁碳合⾦中，随着碳质量百分数的增加，硬度增加，塑性（）。
淬透性测定方法(精)
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程淬透性的测定方法主讲教师：雷伟斌西安航空职业技术学院淬透性的测定方法一、末端淬火法简称端淬试验，是目前国内外应用最广泛的淬透性评定方法，其主要特点是方法简便、应用范围广，可用于测定碳素钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢等的淬透性。
端淬试验所用试样为φ 25×100 mm 的圆柱形试样，将试样加热奥氏体化后放到端淬试验台上对其下端喷水冷却（图1a ）。
喷水柱自由高度为65 mm ，喷水管口距试样末端为12.5 mm ，水温为10-30︒C 。
待试样全部冷透后，将试样沿轴线方向在相对180︒的两边各磨去0.2~0.5 mm 的深度，获得两个互相平行的平面，然后从距水冷端1.5 mm 处沿轴线测定洛氏硬度值，当硬度下降缓慢时可以每隔3 mm 测一次硬度。
将测定结果绘成硬度分布曲线，即钢的淬透性曲线（图1b ）。
钢的淬透性以J d HRC 来表示，d 为至水冷端的距离，HRC 为在该处测定的硬度值。
如J 640，表示距水冷端6 mm 处试样的硬度值为40 HRC 。
由于钢中成分波动，所以每一种钢的淬透性曲线上都有一个波动范围，称为淬透性带。
钢的顶端淬火淬透性曲线并不能直接表示出可以淬透的工件直径，还需借助其他图表进行换算。
二、临界直径法如果试样中心硬度高于（等于）半马氏体区硬度，就可以认为试样被淬透。
则用上述U 曲线法评定时，总可以找到在一定的淬火介质中冷却时能够淬透（达到半马氏体区硬度）的临界直径。
小于此直径时全部可以淬透，而大于此直径时就不能淬透。
这个临界直径用D 0表示。
相同淬火介质图1 端淬试验与淬透性曲线a)试样与装置 b)淬透性曲线中的D 0值，就可以表示不同钢种的淬透性。
显然，钢种及淬火介质不同，D 0也不同。
为了排除冷却条件的影响，根据传热方程的解，建立了理想临界直径D 0的概念。
假设淬火介质的淬冷烈度H 为无穷大，即试样淬入冷却介质时其表面温度可立即冷却到淬火介质的温度，此时所能淬透（形成50％马氏体）的最大直径称为理想临界直径D i 。
钢的淬透性测定
钢的淬透性测定实验⼀：钢的淬透性测定实验学时：3实验类型：综合性实验实验要求：必修⼀、实验⽬的（⼀）掌握钢的淬透性的实验⽅法，重点末端淬⽕法。
（⼆）了解化学成分、奥⽒体化温度及晶粒度对钢的淬透性的影响。
⼆、实验内容、实验原理、⽅法和⼿段（⼀）淬透性的概念及其影响因素在实际⽣产中，零件⼀般通过淬⽕得到马⽒体，以提⾼机械性能。
钢的淬透性是指钢经奥⽒体化后在⼀定冷却条件下淬⽕时获得马⽒体组织的能⼒。
常⽤淬透性曲线、淬硬层深度或临界淬透直径来表⽰。
淬透性与淬硬性不同，它是淬硬层深度的尺度⽽不是获得的最⼤的硬度值。
它决定淬⽕后从表⾯到⼼部硬度分布的情况。
⼀般规定“由钢的表⾯⾄内部马⽒体占50％（其余的50％为珠光体类型组织）的组织处的距离”为淬硬层深度。
淬硬层越深，就表明该钢的淬透性越好。
如果淬硬层尝试达到⼼部，则表明该钢全部淬透。
影响淬透性的因素很多，最主要的是钢的化学成分，其次为奥⽒体化温度、晶粒度等等。
钢的淬透性与过冷奥⽒体稳定性有密切的关系。
当奥⽒体向珠光体转变的速度越慢，也就是等温转变开始曲线越向右移，钢的淬透性越⼤，反之就越⼩，可见影响淬透性的因素与影响奥⽒体等温转变的因素是相同的。
溶⼊奥⽒体的⼤多数合⾦元素除Co以外，都增加过冷奥⽒体的稳定性，使曲线右移，降低临界冷却速度，提⾼钢的淬透性。
钢中含碳量对临界冷却速度的影响为：亚共析钢随含碳量的增加，临界冷却速度降低，淬透性增加；过共析钢随含碳量的增加，临界冷却速度增⾼，淬透性下降。
含碳量超过1.2％～1.3％时，淬透性明显降低。
（⼆）淬透性的测定⽅法淬透性的测定可以⼤致分为计算法和实验法两类。
⽬前使⽤的⽅法还是实验法，它主要是通过测定标准试样来评价钢的淬透性。
具体的试验⽅法有多种，现将其中通常采⽤的四种⽅法概述如下。
1、断⼝检验法根据GB227—63《炭素⼯具钢淬透性试验法》（低合⾦⼯具钢也可参照此标准）的规定，在退⽕钢棒截⾯中部截取2～3个试样，⽅形试样的横截⾯尺⼨为20mm×20mm(±0.2)，圆形截⾯为φ22～33mm，长度为100±5mm，试样中间⼀侧开⼀个深度为3～5mm的V形槽，以利于淬⽕后打断观察断⼝。
金属学与热处理课后习题答案(崔忠圻版)东北大学
第十章钢的热处理工艺10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？答：钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。
退火用途：1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷2、3、4、5、6、，以10-2答：目的：应用：1、改善低碳钢的切削加工性能。
2、消除中碳钢的热加工缺陷（魏氏组织、带状组织、粗大晶粒）。
3、消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火，为淬火做好组织准备。
4、作为最终热处理，提高普通结构件的力学性能。
10-3 在生产中为了提高亚共析钢的强度，常用的方法是提高亚共析钢中珠光体的含量，问应该采用什么热处理工艺？答：应该采用正火工艺。
原因：亚共析钢过冷奥氏体在冷却过程中会析出先共析铁素体，冷却速度越慢，先共析铁素体的含量越多，从而导致珠光体的含量变少，降低亚共析钢的硬度和强度。
而正火工艺的实质就是完全奥氏体化加上伪共析转变，可以通过增大冷却速度降低先共析铁素体的含量，使亚共析成分的钢转变成共析组织，即增加了珠光体的含量，从而可以提高亚共析钢的强度和硬度。
10-4 淬火的目的是什么？淬火方法有几种？比较几种淬火方法的优缺点？答：淬火的目的：获得尽量多的马氏体，可以显着提高钢的强度、硬度、耐磨性，与各种回火工艺相配合可以使钢在具有高强度高硬度的同时具有良好的塑韧性将钢加热至临界点AC3或AC1以上一定温度，保温适当时间后以大于临界冷却速度的冷速冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。
淬火方法：按冷却方式可以分为：单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法、等温淬火法10-5答：至1Ms 和Mf2310-6答：淬透性：钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，它反映过冷奥氏体的稳定性，与钢的临界冷却速度有关。
浅析钢的淬透性和淬硬性
科学与信息化2021年6月下
a ）亚共析碳钢时间（s ）
时间（s ）时间（s ）b ）共析碳钢
c ）过共析碳钢
图1 非共析钢和共析钢的TTT图比较
奥氏体化温度的影响
提高奥氏体化温度将使奥氏体晶粒长大，奥氏体成分更均匀，从而抑制珠光体或贝氏体的形核率，降低了临界淬火速度，可适当提高钢的淬透性。
钢种未溶第二项的影响钢中未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其他非金属夹杂物，由于促进珠光体、贝氏体等相变形核，从而使钢的淬透性钢的原始组织的影响
钢的原始组织中，由于珠光体的类型（片状或粒状）及弥散度的不同，在奥氏体化时，将会影响到奥氏体的均匀性，从而影响到钢的淬透性。
碳化物愈细小，溶入奥氏体愈迅速，从而有利于提高钢的淬透性，粗大的奥氏体晶粒能使等温冷却TTT 曲线右移，降低了钢的临界冷却速度。
但晶粒粗大将增大钢在淬火时的变形、开裂倾向和降低韧性。
在相同冷却速度条件下，奥氏体成分越均匀，珠光体的形核率就越低，转变的孕育期增长，等温冷却TTT 曲线右移，临界冷却速度减慢，钢的淬透性越高[1]。
图2 淬火试样断面上马氏体量和硬度的变化
钢的淬透性取决于其临界冷却速度的高低，而淬硬性主要取决于钢的含碳量，它们之间没有必然关系。
但淬硬性与淬透性成正比关系，淬硬性低的钢其淬透性差。
参考文献
[1] 程正翠.钢淬透性和淬硬性的教学实践[J].教育教学论坛,2019 (30):155-156.。
工程材料习题与答案7-8
机械工程材料 第七章 钢的热处理
（二）填空题(续)
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
9． 钢的热处理工艺由 加热、保温、冷却 三个阶段所速成。 10． 利用Fe-相图确定钢完全退火的正常温度范围是A +20 ~ 30℃ ，它只适 C3 应于 亚共析 钢。 11． 球化退火的主要目的是 降低硬度，改善切削加工性，改善组织，提高 塑性 ，它主要试用于 共析钢、过共析钢的锻压件，结构钢的冷挤压件 。 12． 钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是线以上 AC3+30~50℃ ，对过共析 钢是 AC1+30-50℃ 。 13． 当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则点越 低 ，转变后的残余奥氏体量就越 多 。 14． 在正常淬火温度下，碳素钢中共亚析钢的临界冷却速度比亚析钢和过共 析钢的临界冷却速度都 慢 。 15． 钢的临界冷却速度与奥氏体化温度的关系是 奥氏体化温度越高，临界冷 却速度越慢 。 16． 淬火钢进行回火的目的是 消除内应力，获得所要求的组织与性能 ，回 火温度越高，钢的强度与硬度越 低 。 17． 钢在回火时的组织转变过程是由 马氏体分解，残余傲氏体分解，回火屈 氏体形成，碳化物聚集长大 等四个阶段所组成。 18． 化学热处理的基本过程包括介质 分解、吸收、扩散 等三个阶段。
7 钢的淬火
合金钢淬火加热温度的选择
参照钢的C%，适当提高温度(50~100℃)。 对合金钢而言： 亚共析钢：Ac3+(50~100)℃
共析钢和过共析钢： Ac1+(50~100)℃
选取加热温度应考虑的其他因素
淬硬层要求深：提高温度 冷却介质弱：提高温度(油>水) 变形要求小：降低温度
薄而平的工件—侧放直立淬入
薄壁环状零件—沿轴向淬入
具有闭腔或盲孔—腔口或孔向上淬入
截面不对称—以一定角度斜着淬入
冷却设备
淬火槽 尺寸：保证工件浸没和运动空间 搅拌装置
位置：靠近淬火炉，转移时间尽量短， 钢件≤25s，有色金属更短 淬火压床：锯片、齿轮、板簧淬火
冷处理设备
(5) 预冷淬火法(降温或延迟淬火)
预冷(空气或水、油)至Ar3淬火(淬火介 质)→温差小→变形小。 特点：可减小工件在随后快冷时各处之间 的温度差，从而降低淬火变形和开裂的倾 向。 适用：厚薄差异大的工件。
7.1.2 淬火工艺参数的确定
(1) 淬火加热温度 对碳钢而言： 亚共析钢：Ac3+(30~50)℃(完全A化)
(3) 分级淬火法
Ms稍上(盐、碱、油)→均温→空淬或油淬 火。 介质：>Ms盐浴中均温+空(油)冷。
特点：工艺容易控制，变形小，AR多。
适用：合金钢；形状复杂工件。
(4) 等温淬火法
1) 贝氏体等温淬火法 在盐浴炉中保温足够时间，发生下B转变 后出炉空冷，获得下B组织。
介质：盐、碱浴。
提高耐蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢
钢的淬火
意义 优化工艺，提高产品质量、延长寿命 发挥材料潜能，使结构轻量化
热处理习题及答案
热处理习题及答案1.何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。
答：（1）为了改变钢材内部的组织结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一种综合的热加工工艺过程。
（2）热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。
（3）热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。
一个毛坯件经过预备热处理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。
热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。
热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。
此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。
2.解释下列名词：1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。
（2）实际晶粒度：是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。
（3）本质晶粒度：根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。
2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。
索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。
马氏体：碳在α-fe中的过饱和固溶体。
3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；答：奥氏体: 碳在中形成的间隙固溶体.过冷奥氏体: 处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。
钢的淬火临界直径一百例
钢的淬火临界直径一百例
1981-9
钢的淬透性是指钢接受淬火的能力。
通常用末端淬透性试验法测得的淬透性曲线图或淬火临界直径来表示。
目前，一般均采用由表面至半马氏体组织（由50%马氏体和50%非马氏体组织所组成）的距离作为淬透层深度，并用这个深度作为判定淬透性的标准。
因此，通常认为淬火后马氏体组织大于50%的部分是未被淬火硬的。
测定钢的淬透性具有很重要的实际意义。
它是钢材使用部门及机械设计人员经济合理地选择合适钢种的主要参考数据；也是热处理工作者制订合理热处理工艺的重要依据。
但是，用末端淬透性试验法测得的淬透性曲线图，不能直接用来决定某一钢种可以淬透的工件尺寸大小，还需要借助其他一些曲线和数据。
今根据收集到的符合我国国家标准钢号成份的共计100个钢号的淬透性曲线图，并参照实际情况和按表面至半马氏体组织的深度作为淬透性的判定标准，由此换算得到的在20℃水、40℃水、20℃的5%NaCl 水溶液及静油中的淬火临界直径汇集于下表。
以供直接参考。
工件尺寸的大小是影响淬透层深度的因素之一。
截面越大，深度越小；圆棒L/D（L为圆棒长度，D为圆棒直径）越大，则其淬透层深度也越小。
上面表中所列数据均采用了L/D≥10。
工件尺寸的大小是影响淬透层深度的因素之一。
截面越大，深度越小；圆棒L/D（L为圆棒长度，D为圆棒直径）越大，则其淬透层深度也越小。
上面表中所列数据均采用了L/D≥10。
45号圆钢调质温度及曲线报告
45号圆钢调质温度及曲线报告45钢的调质。
45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都是不错的，机械性能是较好的，而且价格较低、来源较广，所以应用比较广泛。
它的最大的弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
45钢淬火温度一般在A3+(30~50) ℃，实际操作中，我们一般是取上限的。
偏高的淬火温度使工件加热速度加快，表面氧化减少，而且能提高工效。
为了使工件的奥氏体均匀化，那么就需要足够的保温时间。
如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。
不然，就可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。
但保温时间过长，同时也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。
我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。
因为45钢淬透性低，所以应当采用冷却速度大的10%盐水溶液。
工件在入水之后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能导致工件开裂，因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。
所以，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。
由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。
另一方面，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。
静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。
45钢调质件淬火后的硬度应该要达到HRC56~59，截面较大的可能性较低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。
45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560~600℃，硬度要求为HRC22~34。
因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。
但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。
如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。
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结构钢的淬透性曲线测定（3学时）
一、实验目的
1、学会用末端淬火法测定钢的淬透性曲线。
2、学会确定钢的“临界淬透直径”的方法。
二、实验内容：
1、概述：
钢的淬透性是指钢在淬火时所能得到的淬硬层深度大小的能力，淬硬层是指有钢的表面至半马氏体区的深度。
它决定了钢淬火后，从表面到心部硬度的分布情况。
它是钢的一种热处理工艺性能，它已成为机械设计时合理的选择钢材和生产上正确制定热处理工艺的主要依据之一。
半马氏体区的深度取决于钢的含碳量，图5—1为不同含碳量的碳钢的半马氏体的硬度。
由图可知半马氏体区的深度随含碳量的增加而有规律性的提高。
按国家标准规定淬透性的测定方法有以下两种：
1）、碳素工具钢淬透性试验法（GB227—63）；按断口状态评定淬透性的一种方法
2）、结构钢末端淬透性试验法（GB225—63）。
适用于碳素及一般合金结构钢。
本实验为结构钢末端淬透性试验。
图5—1 图5—2 图5—3
（1）、碳素工具钢淬透性试验法（GB227—63）；按断口状态评定淬透性的一种方法，（2）、结构钢末端淬透性试验法（GB225—63）。
适用于碳素及一般合金结构钢。
本实验为结构钢末端淬透性试验。
2、末端淬透性实验法：
末端淬透性试验通常用于测定碳素结构钢及一般合金结构钢的淬透性供实验用的试样，在标准中已作了规定，其尺寸与加工精度如
图5—2所示：
试样放在控温准确的电炉中加热，淬火加热温度应与该钢种标准技术条件中规定的淬火温度为准，保温时间为30分钟。
加热试样自炉内取出至水淬开始时间不得超过5秒钟淬火时试样应放在特殊支架上冷却，如图5—3所示。
试样支架必须保证在淬火过程水柱垂直向上喷射在试样末中心部位，试样顶端至喷水口距离为12.5毫米，喷水口直径为12.5毫米，在淬火过程中注意不能让水溅到试样侧面。
为了保证冷却条件一致，必须事先调整好水柱的自由高度65±10毫米，支架上有水应事先擦干，淬火过程中水压要稳定，水淬时间不得少于10分钟。
淬火后的试样沿圆柱表面纵向相对的两边磨去0.3—0.5毫米的深度，以获得相互平行的两个面，便于测定硬度。
在磨制过程中要进行冷却，以免试样回火影响硬度测量。
进行硬
度测量时试样要放在“V”型试样台上，沿试样磨成的平面中心线进行测量。
由试样水冷端（即末端）起，每隔1.5毫米测量一个硬度，当硬度下降趋于平稳时可没隔3毫米测量一个硬度。
一般测量至离水冷端30—40毫米处即可。
用两个平面上测得地数据的算术平均值。
然后以所测硬度为纵坐标，以距淬火端的距离为横坐标绘出淬透性曲线。
3、钢的淬透性曲线的应用：
（1）、计算及绘制某一直径钢材淬火后沿截面的硬度分布曲线。
首先测出该钢的淬透性曲线，如图5—4，然后再根据图5—5（a）或（b）查处当该钢材为某一直径时（100毫米以内）淬火后各部位与末端淬火试样各距离的硬度关系，从而查处淬火后该钢各部位的硬度值。
图5—4 淬透性曲线的制作
图5—5 不同直径的钢材淬火后，从表面至中心与末端淬火试样距试样末端各距离关系曲线a：为淬入缓动的水中b：为淬入缓动的油中
例：设实际淬火的某种钢材直径为50毫米，进行水淬根据上述方法由图5—5（a）或（b）于直径50毫米处引一水平线与表面曲线相交，焦点在横坐标下面的投影即为表面硬度相当于距末端1.5毫米处的硬度值，由图5—4可查得距末端1.5毫米处的硬度值为HRC57。
同理可查出3/4、1/2及中心处相当于末端6毫米、9毫米及12.5毫米处的硬度值分别为HRC55、HRC50及HRC45。
根据以上各硬度值，可以作出直径为50毫米，经水淬的某种钢沿截面的硬度分布曲线如图（5—6），此曲线可供设计工作者参考。
（2）、计算钢材的临界淬透直径：
钢材的临界淬透直径是指钢在某冷却介质中所能淬透的最大直径。
根据实验可知半马氏体的区的硬度仅与含碳量有关（图5—1）因此可根据钢的含碳量查得半马氏体的硬度值，再由钢的淬透性曲线查得半马氏体硬度距淬火试样末端的距离，再由图5—5查得临界直径。
例：45钢水淬由图5—4可查得半马氏体区硬度值为HRC42，由测得的淬透性曲线查得距淬火试样末端的距离约3毫米，再查表5—5（a），便可查得45钢在水中淬火时的临界淬火直径约为16毫米。
三、实验步骤：
1、根据末端淬透性试样的钢号确定淬火温度、保温时间后，将试样放在电炉内加热，到温后保温30分钟。
2、调整淬火支架，水柱自由高度65±5毫米，并熟悉整个操作程序。
3、淬火后按规定磨出试样的两个平面，并按规定进行硬度测量，作好记录。
4、绘制淬透性曲线。
四、实验报告要求：
1、记录实验用钢的钢号、加热温度、保温时间。
2、按规定测试硬度，并列表作好记录。
3、绘制淬透性曲线。
4、一个直径为25毫米的圆柱试样，绘出经水淬后，沿截面的硬度分布曲线。