渗碳钢冲击韧性评估分析

对冲击韧性值的传统偏见用于渗碳钢料，更应该加以批判。因为，对于渗碳钢，冲击韧性不仅不能确切地反映材料抗冲击性能；而且，渗碳钢心部冲击韧性往往和渗碳后的冲击韧性是没有关系的。从Mcmullan^[3]的试验中（见表2），可以清楚地看到此种情况。例如15Ni2Mo未渗碳时其冲击功为13.3kgf·m，比12Ni5高出了许多（12Ni5为4.4kgf·m），但是渗碳后12Ni5的冲击功（4.56kgf·m）反而比15Ni2Mo（3.75kgf·m）高。这清楚地说明，心部冲击功高的钢材其渗碳件冲击功不一定高。

表2 五种钢材心部冲击功和渗碳样品的冲击功

Цороз^[4]的研究工作证明，心部的冲击韧性对于渗碳件冲击韧性的影响，必须分别研究韧性破坏和脆性破坏二种状态。一次冲击试验时，脆性破损的特征是渗碳层形成裂纹后，直到破坏就不需要外加的功了。因此，使整个样品脆性破坏需要的总能量，等于形成裂纹时的弹性弯曲和在渗碳层形成裂纹的能量。而韧性破坏时，渗碳层形成裂纹后要使样品完全破坏尚需外加的功；其消耗的总能量除了样品弹性弯曲和渗碳层形成裂纹所需要的能量外，还要加上使心部变形和破坏的能量。

这一点，我们从缺口静弯的应力-应变图上也可以明显地看到（图1）。图上，阴影部分表示从产生裂缝到完全断裂所消耗的功——撕裂功。韧性破坏时，这部分功很大，而脆性破坏时几乎没有这部分功（最下面一个图所示）。

因此，渗碳样品进行冲击试验时（这里指的是一次冲击），如为脆性破坏则其冲击吸收功仅决定于渗碳层的性能，而与心部冲击值无关；当为韧性破坏时，心部冲击值对渗碳样品的冲击吸收功有显著影响，心部冲击值越高，使心部变形和破坏的能量越大（这时进行缺口静弯试验，则撕裂功越大），因而整个渗碳样品的冲击吸收功也就越高。

图2和图3表示脆性破坏时，渗碳样品的冲击功吸收与心部冲击值没有关系^[5]。未渗碳的14CrNi冲击值为10～11kgf·m/cm²，而27CrNi为5kgf·m/cm²；但是渗碳后两种钢料的冲击值没有区别了，其分布情况也完全相同（图3）。

图4明显地看出了韧性断裂时，心部冲击值越高，渗碳样品的冲击吸收功也越高。

图1 缺口静弯图(www.xing528.com)

图2 心部“冲击值”不同的渗碳样品的冲击试验结果（渗碳深度平均1.5mm）

图3 渗碳样品冲击试验结果的分布曲线

图4 心部“冲击值”对渗碳样品冲击值的影响。样品尺寸22×22×100，渗碳层厚1.0mm

但是，实际上，渗碳件在绝大多数情况下都呈脆性破断。韧性破坏非常少。既然如此，对于渗碳件来说，追求心部冲击韧性是毫无意义的。

而且，对于韧性破坏来说，提高心部冲击值虽然提高了整个渗碳样品的冲击吸收功，但其心部屈服强度降低了，这样就降低了在渗碳层形成裂纹所消耗的功。这就是说，如果样品是韧性破坏时，整个样品的冲击值并不能恰当地反映渗碳钢的性能。因为在整个样品断裂前，在较小的负荷时，渗碳层早已产生裂纹，而渗碳层产生裂纹后，渗碳零件已经不能使用了。

因此，我们说，影响渗碳件强度的最重要的因素是渗碳层的强度和心部屈服强度，过高追求心部冲击韧性是毫无意义的。