零读杂谈（热处理十四）

zerowing

看到有大侠回复我说“一片苦心”。哈，8爷那个是”一片苦心“。我就是随性发帖的人，什么也谈不上。另外，看到有大侠在其他帖子里提到了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）。

貌似又说不完了。明天继续。
PS。今天的内容，量可能不多，但是可以而且值得讨论的地方很多。欢迎大家讨论。

zerowing

这篇中后面的讨论里有一些有趣的东西。所以一并转过来。放在一楼
P大回复说：
关于45钢渗碳问题，补充一下。
1. 渗碳工艺的目的是获得表面高硬度，同时保持芯部韧性6 e' F( Y9 O4 ~
2. 45钢可以渗碳，这是毋庸置疑的。
3. 但生产上几乎不用45钢渗碳；因为渗碳淬火后，45钢芯部是硬脆的马氏体，失去渗碳的意义。

于是有对应回复：
关于45钢的渗碳问题，大侠的说法与绝大多数的网络论调是一样的。这个的具体出处我已经寻不着了。不过确实有这种说法。0 P! M- ?7 Z5 S% Y' v
大侠这么说没错，不过就热处理工艺来说，其实可以讨论一下。当然，要说，本来提及渗碳淬火这事儿也没有任何针对的意思，只是希望诸君不要被一两句书本的话所局限，背死书没有啥意思了就。* Z8 ~7 F7 K' y+ C6 F3 L/ x

首先，45钢的淬透性是有限的，水淬的临界直径只有13~17mm。这也就意味着当零件直径较大时，别说渗碳时担心芯部因为有马氏体而太脆，就连你真想得到马氏体组织都是困难的。因此，广为流传的这句话不能说错，但是必须要清楚这种说法的局限性和要表达的意思。比如鬼子有一篇以45钢渗碳淬火的研究论文，从金相上看，其实对于大尺寸零件来说，这个淬硬芯部的说法其实完全没有根据了也。$ y- g% w9 b. G) B; r: f
其次，45钢不推荐渗碳淬火，这个即便是鬼子也会这么说。其原因是45钢基本没有渗碳的必要性。45钢淬火本身已经能到HRC55+，对于绝大多数场合已经满足要求。而对于特殊场合，与其花大力气搞渗碳，倒不如改用40Cr或者其他渗碳钢来的快。因此，45钢实际生产中几乎看不到有渗碳的。7 c5 Z) ^0 q8 @% N. w$ x! w
另外，我没有仔细研究过45钢的淬火组织问题。所以不确定45钢在等温马氏体淬火中，是否得到的是透镜马。如果在较高温度上可以得到细透镜马或者板条马，那么实际上对于芯部的韧性来说也不一定有多大影响。特别是当芯部冷却速度略慢而形成下贝氏体组织时，其实韧性在一定程度上是有保证的。
最后，从原理上说，45钢如果进行渗碳淬火，很可能不是单纯的一道渗碳淬火可以满足的。简单的说，可以分为渗碳固碳、正火细化准备、表面淬火硬化三个阶段。以此来达到表硬内韧的目的。但就像前面说的，与其如此费力，真不如改用其他材料来的快捷。

当然，仅仅是作为讨论，遇到实际情况，45钢还是不要尝试渗碳处理的好。- U& C9 G( a! Q% s4 y
再次感谢大侠参与。

以上。供社友讨论