2.4 钢的淬透性和淬硬性
(1)淬透性的概念
钢的淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。它是钢本身固有的属性。其大小通常用规定条件下淬硬层的深度来表示。淬硬层越深,表明其淬透性越好,一般规定由工件表面到半马氏体区(即马氏体和珠光体型组织各占50%的区域)的深度作为淬硬层深度。淬透性与淬硬性是两个不同的概念。所谓淬硬性是指钢在淬火后所能达到最高硬度的能力。淬硬性主要取决于马氏体的含碳量,合金元素对淬硬性没有显著影响,但对钢的淬透性却有很大影响,因此,淬透性好的钢,其淬硬性不一定高。
(2)淬透性的应用
钢的淬透性是产品设计人员和热处理工艺人员合理选材及制订热处理工艺时的主要依据。如果钢的淬透性较高,工件能被淬透,回火后在工件的整个截面上的力学性能均匀一致;如果钢的淬透性较低,则工件不容易被淬透,回火后工件表层和心部的组织及性能存在较大差异,特别是心部的屈服点和韧性显著降低。在机械制造中许多大截面工件和在变动载荷下工作的重要零件,常要求零件表面和心部的力学性能一致,故应选用淬透性好的钢制作;对于承受弯曲、扭转应力的零件(如轴类)以及表面要求耐磨并承受一定冲击载荷的模具(如冷锻模),因应力主要集中在工件表层,心部应力较小,可选用淬透性较低的钢;焊接件一般选用淬透性较低的钢,否则容易在焊缝及热影响区出现淬火组织,导致焊接件的变形和开裂。
(3)影响淬透性的因素
钢的淬透性与马氏体临界冷却速度有关,过冷奥氏体的稳定性越高,临界冷却速度越小,钢的淬透性越好,因此,凡是影响过冷奥氏体稳定性的因素都会影响到钢的淬透性。
在热处理生产中,常用临界淬透直径(Dc)来衡量钢的淬透性。临界淬透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(Dc)。直径越大,钢的淬透性越好。下表为几种常用钢的临界淬透直径。
透性是钢本身固有的属性,在相同的奥氏体化条件下,同一种钢的淬透性是相同的,但它的淬硬层深度会由于工件的形状、尺寸和冷却介质的变化而不同。例如同一种钢在相同的奥氏体化条件下,水淬要比油淬的淬硬层深度大;小件要比大件的淬硬层深度大。但不能认为,同一种钢水淬要比油淬的淬透性好,小件要比大件的淬透性好。所以,只有在其他条件都相同的情况下,才可按淬硬深度来判定钢的淬透性高低。