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零读杂谈(热处理十三)

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发表于 2016-7-16 03:15:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
           杂谈十三

钢的淬透性

在(热处理九)一章里,我们认识了钢的连续冷却转变。而在之前的章节,我们也认识了钢的等温冷却转变。但是无论是TTT图还是CCT图,都说明在钢在不同的冷却速度下,最终得到的组织是不同的。这种不同既有含量的差异,也有形态和分布的差异。而钢的淬火处理,是在表面快速冷却的基础上形成的。但我们知道,一个工件,肯定不是一个薄片,它会有厚度,有不同的形状,这也代表着,不同的工件,无论在加热模型里还是在冷却模型了,都一定存在一定的热度梯度。因此,即便我们以很快的速度冷却了工件的表面,却未必代表工件心部的冷却速度能达到淬火的要求。而通过CCT图和TTT图,我们知道,一旦冷却速度下降,就很可能撞上转变线,在形成马氏体之前先发生珠光体或者贝氏体转变,得不到完全的马氏体。而对于不同尺寸,不同物理特性(热容性)的工件,更可能发生小件可以淬透,而大件淬不透,甚至完全淬不硬的情况。比如下图。所以,钢在淬火时能得到淬硬层深度的能力就成了淬火工艺的关键,而这种得到马氏体的能力,就是钢的淬透性。

我们可以理解,如果一个工件的整个截面都得到完全马氏体组织,那么回火后就能得到表里一致的机械性能。但如果心部没有得到马氏体,回火后,表面和中心的机械性能就会存在差异。对于在整个截面承受等值垃应力或者心部承受更高拉应力的工件,这种机械性能的不一致就会导致中心薄弱处成为疲劳断裂的发源地。而对于受交变扭转或者弯曲应力的工件,因为表面受力大,心部受力小或者不受力,那么即便存在性能差异,对最终的使用也不会有太大影响。所以,淬火工艺的选择,同设计本身的需求息息相关。
所以,根据钢的不同淬透性,我们可以认识到,淬透性越大,同样的淬火条件下,淬硬层深度越大。同样条件下能淬透的工件尺寸也越大。而对于同一零件,淬透性越大,代表我们得到表里一致机械性能的可能性就越大。因此,淬透性可视为钢的一种工艺性能,是选择材料制定热处理工艺时应到考虑的因素之一。

测定和表示钢的淬透性的方法很多,常用的有两种:
1。临界直径法。
把同一中钢制成一系列直径不同的圆柱体,经同样的加热淬火,然后测量各圆柱体的淬硬层深度,其中心能淬硬的最大直径叫做临界淬火直径,以D0表示。下图演示了淬硬层深度的变化。我们同是可以从图中看出,钢在水中的临界直径大于在油中的临界直径(废话嘛,同样的热度梯度下,表面冷却速度越高,同梯度下心部的冷却速度也越高啊)。
这里必须指出,所谓中心淬硬也有一个标准,通常是以中心得到半马氏体(50%马氏体组织)为淬硬的标准。个别也有以心部90%,95%马氏体为标准的。这几种混合马氏体的硬度与含碳量的关系可以参考下图。当马氏体含量少于50%时,硬度会发生骤降,而在50%以上时,与完全马氏体的硬度差异不大,这也是选择半马氏体坐位淬硬标准的原因。当然,大家不要读死书,制定不同的淬硬标准,实际上是你对组织的要求。如果你要求必须完全马氏体化,那么标准就是100%。
选用临界直径描述淬透性这一概念,虽然直观简明,但是测定麻烦,方法出入大,不易对比,也不精确。

2。末端淬火测定淬透性带
末端淬火是国家标准规定的最常用的测定淬透性的方法。此法的要点是:将Φ25x100mm的标准试样加热后通过末端喷水(固定水压)冷却。参考下图。由于冷却速度不同,远离末端的,冷却就慢。因此在整个测试件上会形成以离末端距离为基础的一系列不同硬度、组织成分的终物质带。通过在试样圆柱侧面磨一个窄条,并自末端起每隔一定距离测量一个硬度。将硬度变化同距离为坐标描绘曲线,即得到下图中的钢的淬透性曲线。


根据GB225-63(老标准了,88年有过更新)规定,钢的淬透性数值可以用符号J HRC/d 来表示。J表示末端淬透性。d表示半马氏体区距试样末端的距离,而HRC则为举例d毫米处所测得得半马氏体硬度值,如J 42/5表示马氏体区距离试样末端5mm,硬度为HRC42。
通过对不同钢的淬透性测定,我们发现,随着钢成分在一定范围内波动,因此钢的淬透性曲线成带状分布。下图和下表分别展示几种钢材的不同淬透性和临界直径。必须注意,由于存在多种因素影响临界直径,因此下表中的数据存在误差,紧供参考。

最后,必须说明,淬透性和淬硬性是两个不同的概念。淬硬性是钢淬火后能得到的最高硬度,仅与含碳量和晶粒度有关。淬透性是指淬火后得到淬硬层的深度,受多种因素影响。

淬火是一个大章节啊。先到这儿吧。明天补完淬透性以及淬火缺陷。

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论坛元老

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发表于 2016-8-9 12:42:57 | 显示全部楼层
Z侠这篇讲的真好。
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