钢的淬透性

淬透性的概念

淬透性是指以在规定条件下，钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性，它表征钢淬火时形成马氏体的能力。淬透性是钢的主要热处理工艺性能。

从理论上讲，淬硬层深度应是工件整个截面上全部淬成马氏体的深度。但实际上，当钢的淬火组织中含有少量非马氏体组织时，硬度值变化不明显，且金相检验也较困难。因此，一般规定从工件表面向里至半马氏体区（马氏体与非马氏体组织各占一半处）的垂直距离作为有效淬硬层深度。用半马氏体处作淬硬层界限，只要测出截面上半马氏体硬度值的位置，即可确定出淬硬层深度。实际生产中，零件淬火所能获得的淬硬层深度是变化的，随钢的淬透性、零件尺寸和形状以及工艺规范的不同而变化。

钢的淬透性和淬硬性是两个不同的概念。淬硬性是指以钢在理想条件下，进行淬火硬化所能达到的最高硬度来表征的材料特性。淬火后硬度值越高，淬硬性越好。淬硬性主要取决于马氏体的含碳量，合金元素含量对淬硬性没有显著影响，但对淬透性却有很大影响，所以淬透性好的钢，其淬硬性不一定高。

淬透性的测定方法

淬透性测定方法很多，目前常用的方法是GB 225-2006《钢的淬透性末端淬火试验方法》。下图a为末端淬火试验装置，将标准试样（Ø25mm×100mm）加热至奥氏体化后，垂直置于支架上，向试样末端喷水冷却，由于试样末端冷却最快，越往上冷却速度越慢，因此沿试样长度方向上各处的组织和硬度不同。淬火后，从试样末端起，每隔一定距离测量一个硬度值，即得到沿试样长度方向的硬度分布曲线，该曲线称为淬透性曲线，如下图b。由图可见45钢比40Cr钢硬度下降得快，这表明40Cr钢淬透性比45钢要好。下图c与下图b相配合就可找出钢半马氏体区至末端的距离。该距离越大，淬透性越好。

▲ 图 末端淬火法

钢的淬透性值用JHRC/d表示。J—末端淬透性，d—距水冷端的距离，HRC—该处硬度值。

例如，J42/5表示距水冷端5mm处的硬度值为42HRC。此外，在热处理生产中，还常用临界直径（Dc）来衡量钢的淬透性。临界直径是指工件在某种介质中淬火后，心部得到全部马氏体或半马氏体组织时的最大直径，直径越大，钢的淬透性越好。

▼ 表 几种常用钢的临界直径

淬透性的应用

钢的淬透性是选材和制订热处理工艺规程时的主要依据。

▲ 图 淬透性对钢回火后力学性能的影响

钢的淬透性好坏对热处理后的力学性能影响很大。例如，当工件整个截面被淬透时，回火后表面和心部组织和性能均匀一致，如上图a。否则工件表面和心部组织不同，回火后整个截面上硬度虽然近似一致，但未淬透部分的屈服点（σs）和韧性（AK）却显著降低，如上图b、c。

机械制造中许多大截面、形状复杂的工件和在动载荷下工作的重要零件，以及承受轴向拉伸和压缩的连杆、螺栓、拉杆、锻模等，常要求表面和心部的力学性能一致，故应选用淬透性好的钢；对于承受弯曲、扭转应力（如轴类）以及表面要求耐磨并承受冲击力的模具（如冷镦凸模等），因应力主要集中在工件表层，因此不要求全部淬透，可选用淬透性较差的钢；受交变应力和振动的弹簧，为避免因心部未淬透，工作时易产生塑性变形而失效，应选用淬透性好的钢；焊件一般不选用淬透性好的钢，否则易在焊缝和热影响区出现淬火组织，造成焊件变形和开裂。