淬透性（Hardeneability）的重要性及评价方法

图3-2所示为钢经过理想淬火，所有组织均转变成马氏体时的硬度。不过，在实际应用当中，也有像压铸模那样超过1t的大型模具，其内部冷却速度会慢于表面。因此，当模具淬火时，根据模具大小和形状来考虑模具材料的淬透性就显得十分重要。

图3-2 淬火硬度与碳的质量分数的关系

所谓淬透性，是指钢在淬火时可获得马氏体层深度的能力。换言之，淬透性也指一定尺寸的材料中心部可得到马氏体含量的能力。淬火时，若出现马氏体以外的软质组织（不完全淬火组织），则会降低淬火硬度，以至产生回火后韧性降低等问题。下面讨论淬透性的表示方法。

1.临界直径

理想临界直径（D_I）是淬透性的表示方法之一。在理想的冷却淬火条件下，材料中心区域可完全得到马氏体组织的直径，用下式表示。

D_I=D₀·f_Si·f_Mn·f_Cr·f_Mo…

式中 D₀——取决于含碳量和奥氏体晶粒度的理想临界直径；

f_Si，f_Mn，f_Cr，f_Mo——各合金元素的淬透性系数（Multiplying Factor）。

图3-3所示为各种合金元素的淬透性系数^[5]。Mn、Cr、Mo是提高钢的淬透性的元素，还有Si和Ni也有同样功效。因此，通过添加这些元素，即使是大型模具也可淬硬至心部。

图3-3 各种合金元素的淬透性系数

在实际应用当中，可利用取决于含碳量和晶粒度的常数以及由各合金元素含量算出的淬透性系数来计算D_I。受含碳量影响的还有碳化物形成元素，这些元素变为碳化物后，其影响会相应减少。晶粒度越小，淬透性越差。(www.xing528.com)

2.淬透性曲线：乔米尼端淬试验

乔米尼端淬试验是JISG0561标准所规定的方法^[6]，即将直径为ϕ25mm、长为100mm的圆棒试样在淬火温度加热后垂直固定，从下方喷水来冷却淬火。淬火后，在试样的两侧磨出相互平行的平面用于测试硬度，磨削深度为0.4mm；按测量点距淬火端的距离绘制曲线图，即为淬透性曲线（乔米尼端淬曲线）。钢的淬透性越好，曲线就越平坦，至距端部较远处也可得到较高的硬度。碳素工具钢SK105及低合金工具钢SKS93的淬透性曲线如图3-4所示。不过，对淬透性好的工模具钢来说，它们的淬透性曲线均较平坦，反倒不易区分淬透性的差异。

图3-4 碳素工具钢SK105和低合金工具钢SKS93的淬透性曲线

3.连续冷却转变图和等温转变图

表示工模具钢的淬透性可用连续冷却转变图（CCT曲线，Contin-uous Cooling Transformatio nCurves）。它表示加热到淬火温度后，在不同冷却速度的连续冷却条件下，冷却速度、冷却时间与转变产物的关系。以共析钢[w（C）=0.8%]为例来说明，如图3-5所示。当冷却速度较高时，转变为只有马氏体的完全淬火组织。反之，当冷却速度较低时，较变为包括贝氏体和珠光体的不完全淬火组织。将不产生不完全淬火组织的极限冷却速度称为临界冷却速度。钢的临界冷却速度越小，即使在较缓慢的冷却速度下也越容易淬上火。

用等温转变图（TTT曲线，Time Temperature Transformation Curves）也可表示钢的淬透性。它表示从淬火温度快速冷却至某一预定温度等温保持时，该温度下转变产物与转变时间的关系。以亚共析钢为例来说明，如图3-6所示。在约550℃处有两条“C”字形曲线，其中左侧的为转变开始线，右侧的为转变终了线。另外，在低于230℃的低温区域有两条水平线，高温的为马氏体转变开始温度线（Ms），低温的为马氏体转变终止温度线（Mf）。观察所得到的显微组织，从高温区起分别为珠光体、上贝氏体、下贝氏体及马氏体。

图3-5 连续冷却转变图示例

图3-6 等温转变图示例

与等温转变图相比，实际热处理较接近于连续冷却转变图，所以连续冷却转变图可用来评价钢的淬透性。