Grossmann淬透性概念解析

Grossmann用一系列不同直径钢棒在液态介质中施行淬火试验，以金相法找出1/2长度处心部组织为半马氏体的钢棒直径。此直径被称为此种钢在既定介质中淬火的临界直径D_crit。比D_crit小的钢棒具有比50%（体积分数）更多的马氏体和更高的硬度。比D_crit大的钢棒只能在表面层一定的深度内获得50%的马氏体（见图3-80）。D_crit随所选用的液态介质而变化，一旦改变介质则同一钢种就有不同的D_crit。

图3-80 按Grossmann测出的钢的淬火临界直径

为了确定淬火介质及其状态，Grossmann按照不同介质和介质的各种状态提出了一个淬冷烈度H值的概念。表3-22所列为常用淬火介质在不同搅动条件下的淬冷烈度。可见搅动对H值影响的剧烈程度。

表3-22 常用淬火介质淬冷烈度H值

为了确定与淬火介质无关的钢的淬透性，Gross-mann又引出理想临界直径（D₁）的概念。D₁被定义为已知钢种在H=∞介质中心部淬到50%（体积分数）马氏体的圆棒直径。

H=∞是一种假想的淬冷烈度，意味着被加热钢棒表面温度在零时间即降低到液槽温度。Grossmann和其同事还建立了一种图（图3-81），用此图可按给定H值的临界直径D_crit查出相应钢材的理想临界直径D₁。

图3-81 按Grossmann淬冷烈度临界直径D_crit和 理想临界直径D₁相互转换图(www.xing528.com)

例如，在静止水中（H=1）冷却，A钢制成的圆棒具有D_crit=28mm临界直径（见图3-81b），而其理想临界直径D₁=48mm。用B钢制成的另一圆棒在H=0.4的油中淬火时D_crit=24mm，在图3-81b中查出此时的D₁=52mm，即B钢比A钢具有更好的淬透性。这就说明钢的淬火理想临界直径D₁是一个和淬火介质无关的衡量钢淬透性的尺度。

已知一种钢的D₁，用图3-81可查出此钢在不同淬火介质淬火的临界直径D_crit。对于低、中合金钢，按钢化学成分和奥氏体晶粒度可计算出理想临界直径D₁。钢的“基础”淬透性是碳含量和奥氏体晶粒度的函数，可按图3-82算出。合金元素影响可用从图3-82查出的基础值乘以图3-83所列的因子，再乘以元素的质量分数（%）。例如钢的奥氏体晶粒度为7级，化学成分是w（C）=0.25%，w（Si）=0.3%、w（Mn）=0.7%、w（Cr）=1.1%、w（Mo）=0.2%，则按图3-83查出的基础淬透性D₁=0.17，钢的综合

（最终）淬透性为

D₁=0.17×1.2×3.3×3.4×1.6=3.7in（94mm）

图3-82 普通碳钢理想临界直径D₁碳含量和奥氏体晶粒度的关系（按Grossmann）

图3-83 计算淬透性D₁值时的合金元素含量乘积因子（按AISI）

近来，不少冶金材料学者对Grossmann的淬透性概念，尤其对淬冷烈度H值持反面意见。首先在淬火冷却的不同阶段的热传导机理千差万别，整个过程的特征不可能用单一的H值来描述。其次，试验证实淬冷烈度H还依钢样尺寸和温度而变化。但即使如此，理想临界直径仍不失为一种可以比较不同强度等级钢淬透性的粗略指标。