如何提升钢的淬透性？

1）淬透性的概念

淬透性是指钢在淬火后的淬硬层深度，它表征了钢在淬火时获得马氏体的能力。从理论上讲，淬硬深度应为工件截面上全部淬成马氏体的深度，但实际上，即使马氏体中含少量（质量分数5%～10%）的非马氏体组织，在显微镜下观察或通过测定硬度也是很难区分开来的。为此规定，从工件表面向里到半马氏体组织处的深度为有效淬硬深度，以半马氏体组织所具有的硬度来评定是否淬硬。如用钢制截面较大的试棒进行淬火实验时，发现仅在表面一定深度获得马氏体，试棒截面硬度分布曲线U形，如图4－26所示，其中半马氏体深度h即为淬硬深度。如果试棒心部也获得了50%以上的马氏体，则称其为有效淬透了。

图4－26　钢试棒截面硬度分布曲线

钢的淬透性与实际工件的淬硬（透）层深度是有区别的。淬透性是钢在规定条件下的一种工艺性能，是钢材本身固有的属性，主要取决于钢中合金元素的种类和含量，是确定的、可以比较的；淬硬层深度是实际工件在具体条件下淬得的马氏体和半马氏体的深度，是变化的，与钢的淬透性及外在因素有关。

2）淬透性的影响因素

由钢的连续冷却曲线可知，淬火时要想得到马氏体，冷却速度必须大于临界速度vk，所以，钢的淬透性主要由其临界速度来决定。vk越小，钢的淬透性越好。因此，凡是影响奥氏体稳定的因素，均影响淬透性。这些因素有：

（1）合金元素。合金元素是影响淬透性的主要因素，除Co外，大多数合金元素溶于奥氏体后，降低了vk，使奥氏体等温转变图右移，提高钢的淬透性。

（2）碳的质量分数。即通常所说的含碳量，对于碳钢来说，钢中含碳量越接近共析成分，其奥氏体等温转变图越靠右，vk越小，淬透性越好。即亚共析钢的淬透性随碳含量增加而增大，过共析钢的淬透性随碳含量增加而减少。

（3）奥氏体化温度。提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大，成分均匀化，从而减少珠光体的形核率，降低钢的vk，增大其淬透性。

（4）钢中未溶第二相。钢中未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其他非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使vk增大，从而降低淬透性。

3）淬透性的评定方法

常用的评定淬透性的方法有临界直径测定法和端淬试验法。(www.xing528.com)

（1）临界直径测定法。钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以Dc表示。临界直径测定法是一种直观衡量淬透性的方法：制作一系列直径不同的圆棒，淬火后分别测定各试样截面上沿直径分布的硬度U曲线，从中找出中心恰为半马氏体组织的圆棒，则该圆棒直径即为临界直径。临界直径越大，表明钢的淬透性越高。常用钢的临界直径如表4－3所示。

（2）端淬试验法。根据GB／T 225—2006《钢的淬透性末端淬火实验法》，端淬试样采用标准尺寸φ25×100mm，经奥氏体化后，在专用试验设备上对其中一端面喷水冷却。冷却后沿轴线方向测出硬度距水冷端距离的关系曲线，即淬透性曲线的试验方法。根据淬透性曲线可以对不同钢种的淬透性大小进行比较，推算出钢的临界淬火直径，确定钢件截面上的硬度分布情况等。这是淬透性测定的常用方法。

表4－3　常用钢的临界直径

4）淬透性对热处理后力学性能的影响

淬透性对钢的力学性能影响很大，如将淬透性不同的两种钢制成直径相同的轴进行调质处理，比较它们的力学性能可发现，虽然硬度相同，但其他性能有明显区别，如图4－27所示，淬透性高的，其力学性能沿截面是均匀分布的，而淬透性低的，心部力学性能低，韧性更低。这是因为，淬透性高的钢调质后其组织由表及里都是回火索氏体，有较高的韧性，而淬透性低的钢，心部为片状索氏体，韧性较低。因此，设计人员必须对钢的淬透性有所了解，以便能根据工件的工作条件和性能要求进行合理选材，制订热处理工艺，以提高工件的使用性能，具体应注意以下几点：

图4－27　淬透性不同的钢调质后力学性能的对比

（1）要根据零件不同的工作条件合理确定钢的淬透性要求。并不是所有场合都要求淬透，截面较大、形状复杂及受力情况特殊的重要零件，如拉杆、锻模、锤杆等要求表面和心部力学性能一致，应选淬透性好的钢；当某些零件的心部力学性能对其寿命的影响不大时，如受扭转或弯曲载荷的轴类零件，外层受力很大、心部受力很小，可选用淬透性较低的钢，获得一定的淬硬层深度即可；有些工件则不能或不宜选用淬透性高的钢，如焊接件，若淬透性高，就容易在热影响区出现淬火组织，造成工件变形和开裂；又如承受强烈冲击和复杂应力的冷镦模，其工作部分常因全部淬硬而脆断，因此，也不宜采用淬透性高的钢。

（2）零件尺寸越大，淬火时零件的冷却速度越慢，因此，淬透层越薄，性能越差，这种随工件尺寸增大而热处理强化效果减弱的现象称为钢材的“尺寸效应”。如40Cr钢经调质后，当直径为30mm时，Rm≥900MPa；直径为120mm时，Rm≥750MPa；直径为240mm时，Rm≥650MPa。因此不能根据手册中查到的小尺寸试样的性能数据用于大尺寸零件的强度计算。但是，合金元素含量高的淬透性大的钢，尺寸效应则不明显。

（3）由于碳钢的淬透性低，在设计大尺寸零件时，有时用碳钢正火比调质更经济，而效果相似。如设计尺寸为φ100mm的零件时，用45钢调质后的Rm＝610MPa，而正火也能达到Rm＝600MPa。

5）淬硬性与淬透性关系

淬硬性和淬透性是不同的两个概念，淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。主要取决于马氏体中的含碳量，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。其他合金元素的影响比较小。淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布表示，两者必须区分开来。