淬透性与淬硬性课件.ppt

1、六、淬硬性和淬透性六、淬硬性和淬透性网带式淬火炉网带式淬火炉 淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。1.1.淬透性淬透性 钢在规定淬火条件下，可以达到的淬硬层深度。钢在规定淬火条件下，可以达到的淬硬层深度。淬透性是钢材的一种属性，是指钢淬火时获得马氏体的能力。淬透性是钢材的一种属性，是指钢淬火时获得马氏体的能力。影响因素：钢的成分；过冷奥氏体的稳定性，即影响因素：钢的成分；过冷奥氏体的稳定性，即V Vk k，临界冷却速，临界冷却速度越低，钢的淬透性越好。度越低，钢的淬透性越好。淬透性好的钢在淬火冷却时可

2、采用比较缓和的淬火冷却介质，减小淬透性好的钢在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火冷却介质，减小工件淬火变形及开裂的倾向。工件淬火变形及开裂的倾向。不同化学成分的钢淬火后所得马氏体组织的硬度值是不同的。不同化学成分的钢淬火后所得马氏体组织的硬度值是不同的。2.2.淬硬性淬硬性 钢在正常淬火条件下，淬火形成的马氏体所能达到的最高硬度。钢在正常淬火条件下，淬火形成的马氏体所能达到的最高硬度。淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳的过饱和度就越淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳的过饱和度就越大，硬度越高。大，硬度越高。M量和硬度随深度的变化量和硬度随深度的变化 淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬

3、硬层深度的能力。其大是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度淬硬层深度是指由工件表是指由工件表面到半马氏体区面到半马氏体区(50%M+(50%M+50%P)50%P)的深度。的深度。l淬硬性淬硬性是指钢淬火后所能是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化达到的最高硬度，即硬化能力。能力。1 1、钢的淬透性、钢的淬透性用不同钢制成的尺寸、形状相同的试样，在同样淬火后，有的钢表层和用不同钢制成的尺寸、形状相同的试样，在同样淬火后，有的钢表层和心部可全部淬为马氏体心部可全部淬为马氏体(即已淬透即已淬透)，有的钢则只能在表层获

4、得马氏体；，有的钢则只能在表层获得马氏体；有有的钢淬火后硬度很高的钢淬火后硬度很高(如如T8T8钢硬度大于钢硬度大于62HRC)62HRC)，有的则很低，有的则很低(20(20钢为钢为45HRC)45HRC)。之所以会有这么大的差别，是因为不同钢获得马氏体的能力。之所以会有这么大的差别，是因为不同钢获得马氏体的能力不同，不同碳含量的钢马氏体硬度不同。不同，不同碳含量的钢马氏体硬度不同。钢获得马氏体的能力不同，不同碳含量的钢马氏体硬度不同。钢获得马氏体的能力不同，不同碳含量的钢马氏体硬度不同。通常用淬透性这一指标来衡量钢淬火获得马氏体的能力通常用淬透性这一指标来衡量钢淬火获得马氏体的能力淬透能力

5、淬透能力用淬硬性来衡量钢被淬硬的能力。用淬硬性来衡量钢被淬硬的能力。(1)(1)钢的淬透性和淬硬性的区别钢的淬透性和淬硬性的区别 淬透性淬透性是是钢的固有属性。钢的固有属性。反映钢的过冷奥氏体稳定性，主要取决于反映钢的过冷奥氏体稳定性，主要取决于钢的等温转变曲线钢的等温转变曲线“鼻尖鼻尖”位置位置(即临界冷却速度即临界冷却速度V V的大小的大小)，而与外部，而与外部因素无关。等温转变曲线因素无关。等温转变曲线“鼻尖鼻尖”位置越靠右位置越靠右(即即VKVK越小越小)，可获得的马，可获得的马氏体层深度越大，该钢种的淬透性越高，反之越低。氏体层深度越大，该钢种的淬透性越高，反之越低。淬硬性表示钢淬火

6、后所能达到的硬度，主要取决于淬硬性表示钢淬火后所能达到的硬度，主要取决于马氏体中的含碳量马氏体中的含碳量。因而淬透性和淬硬性并无必然联系，如高碳工具钢的淬透性高，但淬硬因而淬透性和淬硬性并无必然联系，如高碳工具钢的淬透性高，但淬硬性很低；而低碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。性很低；而低碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。实实 例例18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA，由于加入合金元素，淬透性大大提高，由于加入合金元素，淬透性大大提高(在油中的淬透在油中的淬透深度深度l00mm)l00mm)，但因其马氏体中碳含量低，合金元素对提高马氏体硬，但因其马氏体中碳含量低，合金元素对提高马氏体

7、硬度的作用又不显著，故淬火后硬度并不高度的作用又不显著，故淬火后硬度并不高(45HRC)(45HRC)；而；而Tl0Tl0钢淬透性钢淬透性较差较差(水淬淬透深度水淬淬透深度15mm)63HRC)(63HRC)，淬硬，淬硬性很高。当然有的钢淬透性和淬硬性都很高，如性很高。当然有的钢淬透性和淬硬性都很高，如Wl8Cr4VWl8Cr4V等碳、合等碳、合金元素含量都较高的钢。金元素含量都较高的钢。(2)(2)淬透性与实际淬透层深度的关系淬透性与实际淬透层深度的关系实际淬透层深度实际淬透层深度(常简称为淬透深度或淬硬常简称为淬透深度或淬硬(层层)深度深度)与淬透性之间有密与淬透性之间有密 切关系，但又有

8、着重要的区别。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、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。形状及冷却条件等都要求处在标准状态。例如，例如，4545钢在标准条件下的淬透深度约为钢在标准条件下的淬透深度约为l5mml5mm，而同样试样在，而同样试样在2

9、020、5 5(质量分数质量分数)食盐水中的淬透深度可达食盐水中的淬透深度可达21mm21mm，在油中的淬透深度却不，在油中的淬透深度却不到到l0mml0mm。同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。介质冷却能力强，淬硬层深。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。(2)(2)淬透性与实际淬透层深度的关系淬透性与实际淬透

10、层深度的关系(3)(3)淬透性和淬硬性的关系淬透性和淬硬性的关系【想一想】【想一想】能否说同一钢种水淬的淬硬性一定比油淬大能否说同一钢种水淬的淬硬性一定比油淬大?能否说水淬的能否说水淬的 淬透性比油淬好淬透性比油淬好?能否说直径小的能否说直径小的4545钢钢X-X-件较直径大的淬透性好件较直径大的淬透性好(二二 者长度一样者长度一样)?)?为什么为什么?淬硬性与实际淬透深度呢淬硬性与实际淬透深度呢?冷却速度与工件淬硬层的关系冷却速度与工件淬硬层的关系2 2影响钢淬透性的因素影响钢淬透性的因素钢的淬透性主要决定于临界冷却速度的大小，即决定于等温转变曲线钢的淬透性主要决定于临界冷却速度的大小，即决

11、定于等温转变曲线“鼻尖鼻尖”位置，钢的成分、组织等影响等温转变曲线位置，钢的成分、组织等影响等温转变曲线“鼻尖鼻尖”位置的材料位置的材料因素都对淬透性有影响。因素都对淬透性有影响。(1)(1)钢的化学成分碳含量的影响钢的化学成分碳含量的影响 ，C C11 1则相反则相反(这是因为随碳含量提高，未溶碳化物增多，而未溶碳化这是因为随碳含量提高，未溶碳化物增多，而未溶碳化物是珠光体择优形核的地点，未溶碳化物越多，过冷奥氏体越容易分解物是珠光体择优形核的地点，未溶碳化物越多，过冷奥氏体越容易分解为珠光体，故等温转变曲线相对左移，为珠光体，故等温转变曲线相对左移，V VK K增大增大)。曲线。曲线b b

12、是加热温度高于是加热温度高于Ac3Ac3或或AccmAccm时的情况时的情况 钢的淬透性取决于临界冷却钢的淬透性取决于临界冷却速度速度V Vk k，V Vk k越小，淬透性越越小，淬透性越高。高。V Vk k取决于取决于C C曲线的位置，曲线的位置，C C 曲曲线线越靠右，越靠右，V Vk k越小。越小。l因而凡是影响因而凡是影响C C曲线的因素都是影响淬透性的因素曲线的因素都是影响淬透性的因素.即即除除Co Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。提

13、高。含碳量对冷却速度的影响含碳量对冷却速度的影响 合金元素对临界冷却速度的影响如下所示。由图可见，除合金元素对临界冷却速度的影响如下所示。由图可见，除TiTi、ZrZr、CoCo外，所有合金元素都使临界冷却速度降低，都使淬透性提高。外，所有合金元素都使临界冷却速度降低，都使淬透性提高。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。化物中则反而起降低淬透性的作用。(2)(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

14、大，成分越均匀，则过冷奥氏体越稳定，故淬透性越好。分越均匀，则过冷奥氏体越稳定，故淬透性越好。(3)(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。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。此外，形变和应力场等

15、对钢的淬透性也有影响。合金元素对冷却速度的影响合金元素对冷却速度的影响合金元素对冷却速度的影响合金元素对冷却速度的影响2 2、淬透性的测定方法、淬透性的测定方法 （1 1）临界直径法）临界直径法 临界直径临界直径(d(d0 0)是指圆柱钢试样在某种介质中淬冷后，中心是指圆柱钢试样在某种介质中淬冷后，中心得到全部马氏体或得到全部马氏体或5050(体积分数体积分数)马氏体组织的最大直径。马氏体组织的最大直径。临界直径越大，表示这种钢的淬透性越高。表临界直径越大，表示这种钢的淬透性越高。表8484给出了常给出了常用钢材在水或油中淬火时的临界直径。用钢材在水或油中淬火时的临界直径。利用临界直径的数据，

16、可判断工件淬火后的淬透程度，利用临界直径的数据，可判断工件淬火后的淬透程度，并制订出相应合理的工艺，选择适当淬火介质，因此，临界并制订出相应合理的工艺，选择适当淬火介质，因此，临界直径很有实际意义。但该法需制作较多试样，测定方法也较直径很有实际意义。但该法需制作较多试样，测定方法也较繁杂，且检测部位不同，对所得检测结果也有影响，使检测繁杂，且检测部位不同，对所得检测结果也有影响，使检测结果间不便对比，故其应用受到限制。结果间不便对比，故其应用受到限制。（2 2）用临界淬透直径表示）用临界淬透直径表示 临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成

17、半马氏体的最大直径，用成半马氏体的最大直径，用D0表示。表示。D0与介质有关，如与介质有关，如45钢钢D0水水=16mm，D0油油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如如45钢钢D0油油=8mm，40Cr D0油油=20mm。马氏体马氏体马氏体马氏体索氏体索氏体 （2 2）端淬法）端淬法 目前国内外应用最广泛的淬透性试验方法。目前国内外应用最广泛的淬透性试验方法。GBGBT 225-2006T 225-2006规定了规定了 端淬法的试样形状、尺寸及试验方法。如图所示，试验时，将按规定端淬法的试样形状、尺寸及试验方法。如图所示

18、，试验时，将按规定 的奥氏体化条件与距水冷端距离的关系曲线，此曲线即称为淬透性曲的奥氏体化条件与距水冷端距离的关系曲线，此曲线即称为淬透性曲线。线。由图由图819819可看出，硬度值是在一定范围波动的，这主要是由于钢厂可看出，硬度值是在一定范围波动的，这主要是由于钢厂 提供的钢材的化学成分有一定的波动提供的钢材的化学成分有一定的波动(晶粒度对数据也有一定影响晶粒度对数据也有一定影响)，因而测得的数据也在一定范围波动，故淬透性曲线实际是一条淬透性因而测得的数据也在一定范围波动，故淬透性曲线实际是一条淬透性 带（淬透性带越窄越好，这意味该钢种的成分和晶粒尺寸波动较小，带（淬透性带越窄越好，这意味该

19、钢种的成分和晶粒尺寸波动较小，这对热处理质量控制有重要意义）这对热处理质量控制有重要意义）。示，示，J J 表示末端淬表示末端淬透性，透性，d d 表示半马表示半马氏体区到水冷端的氏体区到水冷端的距离，距离，HRC HRC 为半为半马氏体区的硬度。马氏体区的硬度。2 2、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示dHRCJ即用即用 表表3 3、淬透性的测定及其表示方法、淬透性的测定及其表示方法 （1）淬透性的测定常用）淬透性的测定常用末端淬火法末端淬火法4 4、淬透性的应用、淬透性的应用 淬透性曲线的意义是直接反映了材料淬透性的高低，由图淬透性曲线的意义是直接反映了材

20、料淬透性的高低，由图820820可直接可直接看出看出45Cr45Cr钢的淬透性明显优于钢的淬透性明显优于4545钢，钢，4545钢硬度下降很快，而钢硬度下降很快，而45Cr45Cr的曲的曲线较平滑，硬度下降较慢。线较平滑，硬度下降较慢。淬透性及淬透性曲线在合理选材、预测材料组织与性能及制订热淬透性及淬透性曲线在合理选材、预测材料组织与性能及制订热处处理工艺等方面都有重要实用价值。理工艺等方面都有重要实用价值。4 4、淬透性的应用、淬透性的应用(1)(1)比较不同钢种的淬透性比较不同钢种的淬透性 淬透性是钢材选用的重要依据之一。淬透性是钢材选用的重要依据之一。用半马氏体硬度曲线和淬透性曲线，找出

21、钢的半马氏体区所对应的用半马氏体硬度曲线和淬透性曲线，找出钢的半马氏体区所对应的距水冷端距离。距水冷端距离。该距离越大，则淬透性越好。该距离越大，则淬透性越好。40Cr40Cr钢钢的淬透的淬透性比性比4545钢要好。钢要好。2 2、利用淬透性曲线进行选材。、利用淬透性曲线进行选材。截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件，要求截面机械性能均匀，应选用锻模、锤杆等工件，要求截面机械性能均匀，应选用淬透性好的钢。淬透性好的钢。承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选

22、用淬透性较低的钢种。心部受力较小，可选用淬透性较低的钢种。在端淬试验中，试样某处的冷速与水冷在端淬试验中，试样某处的冷速与水冷(或油冷或油冷)时某直径圆钢的中心时某直径圆钢的中心或表面等处的冷速是相同的。如图或表面等处的冷速是相同的。如图8 8一一l9l9所示，至水冷端所示，至水冷端6mm6mm处的冷处的冷速与油冷时直径为速与油冷时直径为15mm15mm的圆钢中心、直径为的圆钢中心、直径为25mm25mm圆钢距中心圆钢距中心3R3R4 4处及直径为处及直径为46mm46mm圆钢表面处的冷速相同；也与水冷时直径为圆钢表面处的冷速相同；也与水冷时直径为31mm31mm圆钢的中心、直径为圆钢的中心、

23、直径为51mm51mm圆钢距中心圆钢距中心3R3R4 4处的冷速相同。处的冷速相同。当然这些位置的硬度也是相同的，均为当然这些位置的硬度也是相同的，均为606065HRC65HRC。国家标准国家标准GBGBT 225-2006T 225-2006规定，在不同距离处测得的硬度用淬透性规定，在不同距离处测得的硬度用淬透性指数指数J J一一d d表示。表示。d d代表距水冷端面的距离代表距水冷端面的距离(mm)(mm)，X X表示该处的洛表示该处的洛氏硬度氏硬度(HRC)(HRC)值。如值。如J5217J5217表示距水冷端面表示距水冷端面17mm17mm处的硬度为处的硬度为52HRC52HRC。该

24、硬度值有时也可用维氏硬度。该硬度值有时也可用维氏硬度(HV)(HV)表示。表示。端淬法的优点是操作简便，适用范围广，适用于优质碳素结构钢、合端淬法的优点是操作简便，适用范围广，适用于优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、部分工模具钢、轴承钢及低淬透性结构钢金结构钢、弹簧钢、部分工模具钢、轴承钢及低淬透性结构钢。1)1)根据端淬曲线合理选用钢材，以满足心部硬度的要求。根据端淬曲线合理选用钢材，以满足心部硬度的要求。例如：某直径为例如：某直径为35mm35mm圆柱形工件，要求油淬圆柱形工件，要求油淬(H=0(H=04)4)后表面硬度后表面硬度45HRC45HRC，心部硬度，心部硬度32HRC32HR

25、C，可否选用，可否选用40Cr?40Cr?解：解：上图是上图是40Cr40Cr钢的端淬曲线，在油淬钢的端淬曲线，在油淬“中心中心”栏内栏内35mm35mm处引垂线处引垂线，与端淬曲线分别交于，与端淬曲线分别交于34HRC34HRC和和57HRC57HRC处。这表明直径为处。这表明直径为35mm35mm的的40Cr40Cr钢棒料油淬后，中心处的硬度在钢棒料油淬后，中心处的硬度在34 34 50HRC50HRC之间，可满足心部之间，可满足心部硬度硬度32HRC32HRC的要求。的要求。在油淬在油淬“表面表面”栏的栏的35mm35mm处引垂线，与端淬曲线分别交于处引垂线，与端淬曲线分别交于48HRC

26、48HRC和和58HRC58HRC。这表明直径为。这表明直径为35mm35mm的的40Cr40Cr钢棒料油淬后，表面硬钢棒料油淬后，表面硬度为度为48HRC48HRC58HRC58HRC，可满足表面硬度，可满足表面硬度45HRC45HRC的要求。故该工件可的要求。故该工件可选用选用40Cr40Cr钢。钢。4545钢与钢与45Cr45Cr钢的淬透性曲线钢的淬透性曲线 45 45钢钢 40Cr40Cr钢钢2)2)预测工件淬火后硬度分布预测工件淬火后硬度分布例如：某例如：某40Cr40Cr工件，有效厚度工件，有效厚度50mm50mm，问水淬，问水淬(H=1)(H=1)和油淬和油淬(H=0(H=04)

27、4)后后沿横截面的硬度分布。沿横截面的硬度分布。解：此题解法与上题类似。首先在水淬解：此题解法与上题类似。首先在水淬“表面表面”、“距中心距中心3 3L L4”4”及及“中心中心”栏内栏内50mm50mm处分别引垂线，与端淬曲线分别交于处分别引垂线，与端淬曲线分别交于53HRC53HRC、60HRC60HRC，46465HRC5HRC、56HRC56HRC和和33HRC33HRC、50505HRC5HRC，这表明水淬后表面硬度为这表明水淬后表面硬度为5360HRC5360HRC，3R3R4 4处硬度为处硬度为46465 556HRC56HRC，心部硬度为，心部硬度为335033505HRC5H

28、RC。同理可找出油淬后表面硬度。同理可找出油淬后表面硬度为为454556565HRC5HRC，3R3R4 4处硬度为处硬度为33335505505HRC5HRC，心部硬度，心部硬度为为282843435HRC5HRC。3)3)根据端淬曲线选择淬火介质，制订热处理工艺根据端淬曲线选择淬火介质，制订热处理工艺。例如：某例如：某40Cr40Cr工件有效厚度为工件有效厚度为45mm45mm，要求淬火后表面硬度，要求淬火后表面硬度52HRC52HRC，心部硬度，心部硬度33HRC33HRC，可否采用油淬，可否采用油淬(H=0(H=04)?4)?解：由图解：由图8-218-21查得直径查得直径45mm45mm工件油淬后表面硬度为工件油淬后表面硬度为464657575HRC5HRC，心部硬度为，心部硬度为2946HRC2946HRC。表面与心部硬度的下限均不符合要。表面与心部硬度的下限均不符合要求求，故不宜油淬。水淬表面硬度为，故不宜油淬。水淬表面硬度为535360HRC60HRC，心部硬度为，心部硬度为373753 53 HRCHRC。从满足硬度要求的角度考虑，可选用水淬；如欲减少淬火应力引。从满足硬度要求的角度考虑，可选用水淬；如欲减少淬火应力引起的变形，则应选用快速淬火油或水淬油冷的冷却方式。起的变形，则应选用快速淬火油或水淬油冷的冷却方式。