碳和合金元素含量对影响的研究

1.含碳量的影响

含碳量增加，会降低马氏体的断裂强度。随着溶质浓度的提高，弹性模量的变化趋势是和固相线的走向一致的。在Fe-C合金中，随着含碳量的增加，固相线是不断降低的。从Fe-C相图的J点到E点，碳的质量分数由0.17％升高到2.11％，固相线温度则由1495℃降到1148℃。随着含碳量提高，马氏体中铁原子间的结合力降低，弹性模量也是降低的。普通中碳钢淬火使马氏体的弹性模量降低10％，钢的断裂强度也随之降低。

提高含碳量会使马氏体中的孪晶亚结构增多，即增大了马氏体的脆性，使淬火显微开裂倾向增加，降低了断裂强度。图14-18所示为含碳量对淬火钢断裂强度的影响，可见从中碳到高碳，淬火态钢的断裂强度值迅速降低，将增加钢件的淬裂敏感性^[3]。若将过共析钢加热到Ac_m以上淬火，这时碳化物全部溶入奥氏体中，且奥氏体晶粒粗化，淬火时转变为粗大针状（片状）马氏体组织，会增加显微局部应力，甚至形成显微裂纹。

奥氏体中的含碳量增加时Ms点降低。如图14-19所示，淬裂与不淬裂的倾向与Ms和含碳量具有对应关系，淬火开裂发生在w_C＝0.4％以上、Ms点在330℃以下的钢中。而w_C＜0.4％、Ms点在330℃以上的钢并不容易产生淬火裂纹^[3]。由此可见，为了避免零件淬裂，应尽量选用w_C＝0.4％以下的钢种。

图14-18 含碳量对断裂强度的影响(www.xing528.com)

图14-19 淬裂-Ms-含碳量的对应关系

2.合金元素含量的影响

合金元素对淬裂的影响较为复杂，需综合分析。一般来说，淬透性好且Ms点低的钢一般淬裂倾向较大。降低Ms点最显著的元素是碳，其次是锰。Mn、Cr、V、Mo等元素与C一样，随含量的增加而淬裂倾向变大。实际上，含有Cr、Mn等元素的钢都是比较容易淬裂的钢。硼元素较为特殊，它能有效地提高淬透性，使奥氏体等温转变图右移，但不降低Ms点，因而硼钢对淬裂的敏感性降低。

合金元素较多时会降低钢的导热性，淬火时增加零件的内外温差，加大相变的不等时性，因而增加内应力。加之合金元素能强化奥氏体，难以通过塑性变形来松弛应力，因而增加热处理应力，有增加淬裂的倾向。然而，合金元素提高了淬透性，故可改用较缓和的淬火冷却介质，以便减少淬火开裂。有些合金元素，如V、Nb、Ti等具有细化奥氏体晶粒的作用，可减少过热倾向，因而淬火后得到的马氏体组织也被细化，这也有助于减少淬裂倾向。