從 美國(guó)金屬學(xué)會(huì) 熱處理手冊(cè) 上學(xué)習(xí)：鋼的硬度和淬透性 （下）
接上文
十、喬米尼末端淬火數(shù)據(jù)集的可變性
在受控條件下，如果沒(méi)有要求達(dá)到理想狀態(tài)，那么，末端淬火試驗(yàn)的再現(xiàn)性是可以接受的。然而即使具有展示實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)性的受控條件，一個(gè)H 型鋼在靠近末端淬火拐點(diǎn)固定深處硬度，在受控條件下，通常也會(huì)有±6HRC的散差。無(wú)論如何，重要的是要認(rèn)識(shí)到，即使以為大家接受的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如末端淬火曲線）也存在本質(zhì)上的局限性。如圖41所示 。
▲圖41 幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)吹風(fēng)和晶粒度大致相同的8620和4140的末端淬火試驗(yàn)記錄
對(duì)于8620滲碳鋼和淬硬層較深的4140汽車用鋼，從一家大型的的國(guó)際集團(tuán)中選取幾組末端淬火曲線，鋼的名義化學(xué)成分和晶粒度幾乎相同，導(dǎo)致這些差異的原因可以概括為化學(xué)成分報(bào)告不準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)程序不細(xì)心，未報(bào)告過(guò)程可變因素，或未控制過(guò)程變量。同樣地。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線也隱含著類似的經(jīng)驗(yàn)性錯(cuò)誤。原因轉(zhuǎn)變物質(zhì)和冷卻歷史不是完全確定的，或者模棱兩可的，而且高達(dá)四個(gè)數(shù)量級(jí)的冷卻曲線疊加時(shí)間刻度的不確定性這些不足將自然地表現(xiàn)出來(lái)。
上述解釋主要是針對(duì)低中淬硬層鋼。對(duì)于淬硬層更深的鋼，如4340 (見(jiàn)圖42) 。末端淬火深度的概念將變得很模糊。雖然從臨界直徑（D0) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)中確定的 DI仍然是一個(gè)有效的概念。但是由于成本原因，對(duì)于深淬硬層鋼不考慮這種試驗(yàn)手段。在這種情況下，規(guī)范和解釋的問(wèn)題不在于曲線的形狀，而在于硬度對(duì)末端淬火試驗(yàn)實(shí)際上使用的奧氏體化溫度和時(shí)間有極高的靈敏度。這在較低程度上，對(duì)低合金鋼也同樣適用。這個(gè)問(wèn)題總是出現(xiàn)在含碳量較高的可淬硬的過(guò)共析成分鋼中，所以，這種鋼中含有體積分?jǐn)?shù)很大的非常不穩(wěn)定的軋制狀態(tài)的未溶碳化物。因此，對(duì)于這種等級(jí)的淬透性規(guī)范和末端淬火試驗(yàn)曲線，質(zhì)量控制人員和熱處理工作人員的操作是關(guān)鍵的。從積極的方面看，熱處理工作人員應(yīng)該察覺(jué)到奧氏體化溫度的微小變化所帶來(lái)的靈活性。
十一、鋼的淬透性計(jì)算
鋼的淬透性主要受化學(xué)成分（碳、合金元素和冶金殘留物）和淬火瞬間奧氏體晶粒度的影響。如果可以定量地確定它們的關(guān)系，則可以根據(jù)化學(xué)成分和晶粒度來(lái)計(jì)算鋼的淬透性。駱羅斯曼于1942年發(fā)表了這種方法，根據(jù)他的觀察，淬透性可以表示為一系列與化學(xué)成分相關(guān)的淬透性系數(shù)的乘積。這個(gè)計(jì)算結(jié)果是對(duì)衡量鋼的固有淬透性的格羅斯曼理想直徑（DI ) 的一個(gè)估算。這些方程式最常用的形式是以淬透性系數(shù)為因子。 每年六月發(fā)行的《金屬進(jìn)展》上都會(huì)列出一些格羅斯曼系數(shù)，已進(jìn)行了很多年，這些格羅斯系數(shù)現(xiàn)被收錄在 ASTM A255-89 和 SAE J406的附錄中。其他方法是根據(jù)回歸方程以及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)第一原理進(jìn)行計(jì)算的。迄今為止，沒(méi)有一種預(yù)測(cè)方法被證明廣泛適用于所有類型的鋼；也就是說(shuō)，不同的預(yù)測(cè)方法適用于相應(yīng)的合金系統(tǒng)、含碳量和淬透性水平。另外，通常需要根據(jù)鋼鐵生產(chǎn)商的特點(diǎn)（冶金殘留物、熔融金屬過(guò)程等）對(duì)預(yù)測(cè)值進(jìn)行微調(diào)。 在格羅斯曼的方法中，用鋼的化學(xué)成分和晶粒度計(jì)算理想臨界直徑（試樣心部為50%馬氏體，H=∞）。理想臨界直徑的計(jì)算公式為：DI=DIbase fMn fSi fCr fMo fV fCu （1）式中，fx (x代表合金元素）是部分合金元素的透性系數(shù)。表7中列出了部分DI和合金元素的淬透性系數(shù)。這些合金元素的淬透性系數(shù)是在中等淬透性的中碳鋼中得到的。根據(jù)化學(xué)成分計(jì)算鋼的淬透性通常包括下列幾個(gè)步驟： 1) 確定 ASTM標(biāo)準(zhǔn)晶粒度。 2) 獲得化學(xué)成分。
3) 根據(jù)含碳量和晶粒度（表7) 確定 DIbase。
4) 確定合金元素的淬透性系數(shù)（表7) 。
5) 按照式（1 ) 計(jì)算理想臨界直徑。
在式（1 ) 中，基本DI (DIbase)(基本淬透性）是含碳量和晶粒度的函數(shù)，而淬透性系數(shù)（f )是相互獨(dú)立的（不總是純凈的）?？巳R默（Kramer)等人隨后確定了碳的淬透性系數(shù)，比格羅斯曼的數(shù)據(jù)大三倍，而錳的淬透性系數(shù)則降低了大約相同的
比例。
導(dǎo)致上述差異的原因，是格羅斯曼不得不用含有一定量錳的碳鋼作為末端淬火試棒的材料，以便測(cè)量基本淬透性的再現(xiàn)性。因此在分析中，他必須分離化學(xué)成分中碳和錳的影響，而這樣做是不精確的。由于克萊默和他的小組使用了純鐵碳合金作為基本化學(xué)成分，通過(guò)對(duì)一系列小圓棒進(jìn)行淬火，因此能夠很精確地測(cè)量低淬透性。▼表7 鋼的淬透性系數(shù)與含碳量、合金元素之間的關(guān)系
有趣的是，按格羅斯曼方法計(jì)算的50%馬氏體的理想臨界直徑，與克萊默等人根據(jù)大部分實(shí)際化學(xué)成分確定的這些系數(shù)有很好的一致性。對(duì)于可以完全溶解碳和合金元素的低、中碳鋼，其淬透性很容易計(jì)算，故推薦使用克萊默系數(shù)，如圖43和圖44 所示 。
▲圖43 碳、晶粒度級(jí)數(shù)和圖44一起使用
來(lái)計(jì)算鋁鎮(zhèn)靜的低、中碳鋼的克萊默系數(shù)
▲圖44 適用于圖43的合金元素的淬透性系數(shù)
對(duì)于DI大于114mm（4.5in）的鋼，由于以下實(shí)際應(yīng)用中的三個(gè)原因，克拉默系數(shù)以及其它系數(shù)都是不夠精確的：
1）高淬透性鋼主要是貝氏體組織，當(dāng)貝氏體為第一轉(zhuǎn)變物時(shí)，一些元素（如鉬）對(duì)淬透性的影響有很大的不同。 2) 當(dāng)一些可溶解的碳化物形成元素（如鎳和鋁）一起使用時(shí)，它們將對(duì)彼此產(chǎn)生相互促進(jìn)淬透性的影響；也就是說(shuō)，每一種合金化元素的作用均大于其單獨(dú)存在于化學(xué)成分中時(shí)的作用。 3) 高淬透性的鋼中通常含有大量的強(qiáng)碳化物形成元素，它們常常不能全部分解。 幾種淬透性計(jì)算方法都是基于淬透性系數(shù)原理， 一個(gè)早期的例子是在 20 世紀(jì)70年代出現(xiàn)的美國(guó)鋼鐵公司的淬透性計(jì)算器。Climax Molybdenum 公司的計(jì)算器對(duì)低、中碳鋼的淬透性做出了更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。利用根據(jù)合金的化學(xué)成分和晶粒度確定理想臨界直徑的方法，人們已經(jīng)比較了大量鋼材的淬透性。使用正確時(shí)，淬透性計(jì)算還可以作為設(shè)計(jì)更劃算的替代鋼種的一個(gè)有價(jià)值的工具，在軋制前確定軋機(jī)爐號(hào)的安排，甚至有可能代替昂貴和費(fèi)時(shí)的淬透性測(cè)量。
當(dāng)按照常規(guī)加熱參數(shù)淬火時(shí)，高碳（過(guò)共析）鋼中常含有大量未分解的碳化物。如果不對(duì)這一情情況進(jìn)行嚴(yán)格控制，那么，由于合金元素和碳的溶解量會(huì)變化，將不可能得到一種合金元素對(duì)淬透性的單一影響。因此，給定數(shù)量的合金元素對(duì)淬透性的影響將受到先前組織，先前碳化物尺寸，形狀和分布，以及奧氏體化時(shí)間和溫度的影響。當(dāng)存在過(guò)剩碳化物時(shí)，由于ASTM 6-8晶粒度變化不大，因此盡管晶粒度對(duì)淬透性也有影響，但是其影響不顯著。 在高碳鋼中，正火鋼的原始組織為從100%馬氏體到100%層狀碳化物，兩種顯微組織在重新加熱過(guò)程中，都很容易轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。然面，退火材料的顯微組織中通常含有大量的球狀碳化物，當(dāng)鋼重新加熱淬火時(shí)，它們很難溶解。如果嚴(yán)格控制原始組織、晶粒度、奧氏體溫度和時(shí)間，那么，給定數(shù)量的合金化元素對(duì)淬透性的具體影響將足以再現(xiàn)，從而可得到高碳水平上的許多元素的淬透性系數(shù)。 人們已對(duì)硬度數(shù)據(jù)組與選用的末端淬火深度相對(duì)應(yīng)的線性同歸公式進(jìn)行了廣泛的研究。對(duì)于單一鋼材牌號(hào)，這是相當(dāng)有用的，提供的數(shù)據(jù)組密集覆蓋了化學(xué)成分極限和硬度帶。但是，這些公式不能在該單一牌號(hào)以外使用，所以，依據(jù)這一程序的綜合信息或?qū)＜蚁到y(tǒng)在本質(zhì)上缺乏靈活性并且被夸大了。然而，銅材牌號(hào)數(shù)量有限的生產(chǎn)商或用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這種程序適合作為牌號(hào)－格羅斯曼（Grossmann)系數(shù)的替代方法。
如果要求相對(duì)粗略，那么佳斯特（Just）給出了末端淬火圓棒上 HRC 分布的一個(gè)完整系統(tǒng)，他建立了一條通用的末端淬火曲線形狀，用以1/16in為單位的末端淬火距離 “E” 來(lái)表示，而且除碳以外，用所有成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為線性回歸系數(shù)。“卡特彼勒淬透性計(jì)算器（IE0024）”，是其應(yīng)用實(shí)例。
十二、根據(jù)淬透性選擇鋼種
為了選擇合適的鋼，應(yīng)首先查看不同鋼種可達(dá)到的最大硬度，即表1中95%或99. 9%馬氏體含量欄目中，表面硬度對(duì)應(yīng)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。回火后一般可接受的表面硬度降低值是5HRC 和 40HBW（采用布氏硬度時(shí)，相應(yīng)的壓痕直徑增量是0. 05mm （0. 002in)）
可達(dá)到的（淬火狀態(tài)）最大表面硬度取決于鋼的含碳量和淬透性。油中能整體淬透到表面最大硬度的最大橫截面尺寸見(jiàn)表8。
▼表8 油中能淬透到表面最大硬度的最大截面尺寸
通過(guò)使用圖18 所示的末端淬火等效圖表以及鋼的淬透性帶（如圖45所示的4140H鋼的淬透性帶）， 可以確定預(yù)期的心部硬度范圍。末端淬火等效圖表顯示一根Φ50mm (Φ2in) 圓棒使用高速油淬火后，將產(chǎn)生一個(gè)等效于末端淬火試棒J4(4/ 16in) 部位的表面冷卻速度；心部的等效冷卻速度相對(duì)于末端淬火距離J8.5的部位。對(duì)于4140H鋼，淬透性曲線（圖45) 對(duì)應(yīng)的表面硬度范圍是51~59HRC, 對(duì)應(yīng)心部硬度是46~57HRC。
給定爐號(hào)的鋼的實(shí)際硬度嚴(yán)格取決于該爐號(hào)所指定的淬透性。為了減少硬化特性的變化，從而在熱處理后，使表面和心部的硬度值范圍變窄，應(yīng)采用H型鋼或使用限制淬透性規(guī)范的 H 型鋼，以使所選擇的鋼的淬透性變窄。
大部分可以淬火的1xxx系列碳鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 60%~0. 90%.錳對(duì)淬透性的影響顯著，即使錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅存在0. 25%的差異，也會(huì)使碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0. 50%的碳鋼的淬透性存在很大差別（圖46) 。
▲圖46 碳和錳對(duì)1050鋼末端淬火淬透性的影響
考慮到在碳鋼中可用的含錳量的范圍，由此得出結(jié)論，可以存在一個(gè)寬范圍的淬透性（圖47) 。例如，1541H 鋼頻繁表現(xiàn)出末端淬火淬透性值比1340H鋼淬透性帶（圖48) 的最小值大。因此，從碳鋼牌號(hào)到合金鋼牌號(hào)，有一個(gè)逐步過(guò)渡的淬透性。由于許多碳鋼是用回收廢料生產(chǎn)的，因此標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)中的殘留元素可能會(huì)有所變化。▲圖47 水淬（H≈5）時(shí)臨界直徑（D0，
▲圖48 1340H鋼和1541H鋼淬透性帶的比較
也有許多情況需要應(yīng)用最小的而不是最大的淬透性，在低錳鋼牌號(hào)中就是這樣。例如，通常希望在軸頸或凸輪輪廓上產(chǎn)生薄層的最大硬度，這可以通過(guò)感應(yīng)淬火或火焰淬火來(lái)完成。然而，如果硬化區(qū)太深，則會(huì)建立一種不利的殘余應(yīng)力模式，可能導(dǎo)致淬火開(kāi)裂或者早期服役失效。另一個(gè)實(shí)例是將用標(biāo)準(zhǔn)1050 鋼（錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 60%~0. 90%) 制造的一些凸輪感應(yīng)淬火到 60HRC, 深度大約到1. 6mm (1/16in)。如果淬硬區(qū)深度變?yōu)?3. 2mm (1/ 8in) , 則會(huì)有顯著數(shù)量的開(kāi)裂零件。使用改良的1050鋼（錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 30%-0. 60%Mn) 可以消除裂紋，在感應(yīng)淬火之后，硬化區(qū)將變得較薄。 由于被處理的橫截面常常很大，并且合金元素通常使馬氏體形成溫度范圍向較低的方向變化，與橫截面較小的普通碳鋼件相比，合金鋼零件在淬火過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，有變大的傾向。通常，較大的應(yīng)力有導(dǎo)致畸變和開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。然而，合金元素可以通過(guò)兩種方式抵消這一缺點(diǎn)。首先，也是最重要的一點(diǎn)，是對(duì)于一個(gè)具體的應(yīng)用零件，充許采用較低的含碳量。隨著含碳量的減少，淬透性降低，但是這可能很容易被所添加合金元素對(duì)淬透性的影響所抵消。而且，含碳量較低的鋼具有更低的淬火開(kāi)裂敏感性。這種較低的敏感性是基于較大的低碳馬氏體塑性，并且在低碳鋼中，在較高的溫度范圍內(nèi)將普遍形成馬氏體。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或小于0. 25%的鋼中很少產(chǎn)生淬火裂紋（PS，此類鋼可以進(jìn)行強(qiáng)烈淬火，可以獲得與中碳鋼、中碳合金鋼等效的性能），隨著含碳量的增加，對(duì)裂紋的敏感性也逐漸增加。 合金元素在淬火時(shí)的另一個(gè)作用是對(duì)于給定的橫截面允許采用較低的冷卻速度，因?yàn)楹辖鹪卦黾恿舜阃感?，所以溫度梯度通常?huì)減小，冷卻應(yīng)力也就相應(yīng)地減小了。但應(yīng)該注意：這不是完全有利的，因?yàn)榇慊鹬蟠嬖诘膽?yīng)力的方向及大小對(duì)裂紋有重要的影響。為了阻止裂紋擴(kuò)展，淬火之后的表面應(yīng)力應(yīng)該是壓應(yīng)力，或者是相對(duì)低的拉伸應(yīng)力。通常，對(duì)于這些鋼的淬透性而言，應(yīng)采用不劇烈的淬火來(lái)降低畸變，從而可在較大程度上避免開(kāi)裂。 此外，這些合金鋼的淬透性提高后，允許對(duì)其進(jìn)行等溫淬火和分級(jí)淬火熱處理，因此，回火之前的有害殘余應(yīng)力水平應(yīng)維持在最低程度上。在等溫淬火中，工件迅速冷卻到較低的貝氏體區(qū)溫度，在這個(gè)溫度上等溫，直至完成部分貝氏體轉(zhuǎn)變。由于轉(zhuǎn)變?cè)谙鄬?duì)高溫區(qū)發(fā)生，并且進(jìn)展很慢，因此轉(zhuǎn)變之后的應(yīng)力水平相當(dāng)?shù)停一冏钚 ?/span> 在分級(jí)淬火中，工件迅速冷卻到 Ms 溫度以上并保持，直到整個(gè)工件的溫度均勻?yàn)橹?，然后在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)緩慢冷卻（通常是空冷）。這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致在整個(gè)橫截面上幾乎同時(shí)形成馬氏體，所以轉(zhuǎn)變應(yīng)力保持在一個(gè)使畸變最小化、開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)最低的水平上。
12.1 實(shí)例
采用淬透性圖表判斷4140H 鋼是否能滿足一根Φ44. 45mm (Φ1. 75in) 軸的硬度要求。（一臺(tái)機(jī)械需要一根Φ44. 45mm (Φ1. 75in) ，長(zhǎng)1. 1m (31/2ft) 的軸。工程分析表明，抗扭強(qiáng)度接近170MPa (25ksi) , 抗彎強(qiáng)度則達(dá)到 550MPa (80ksi) 。其他幾個(gè)零件在同一家工廠生產(chǎn)，也是采用 4140H 鋼制造，現(xiàn)在希望知道用 4140H 鋼制造這根軸是否具有足夠的淬透性。
由于扭轉(zhuǎn)時(shí)的切應(yīng)力大約是彎曲時(shí)的一半，首先考慮彎曲的情況。在彎曲過(guò)程中，心部的應(yīng)力接近于零，所以鋼的心部不需要完全淬透。這是很有幫助的，因?yàn)榇慊饝?yīng)力的分布將減少產(chǎn)生淬火裂紋的危險(xiǎn)，而在回火后，能夠在軸的外部部分存在壓應(yīng)力。
為了承受彎曲過(guò)程中550MPa (80ksi) 的疲勞載荷，要求最小硬度是35HRC。對(duì)于這個(gè)例子，假設(shè)淬火狀態(tài)組織至少含有80%的馬氏體，通過(guò)對(duì)淬火狀態(tài)進(jìn)行回火應(yīng)能獲得35HRC。根據(jù)類似零件的經(jīng)驗(yàn)，可以知道 80%馬氏體組織應(yīng)該出現(xiàn)在軸的 3/4 半徑位置。
由于4140H鋼中碳的最小質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0. 37%，在圖49 中的80%馬氏體組織上首先找到對(duì)應(yīng)于0. 37%C的淬火狀態(tài)的硬度。如圖49 中頂部的圖（和圖1 d）相同）所示，這個(gè)淬火狀態(tài)的硬度是45HRC。
▲圖49 在鋼的截面上使用淬透性數(shù)據(jù)圖例
重新描述前面的問(wèn)題（4140H 鋼是否適用于這 個(gè)零件？） : 在一根
Φ44. 45mm (Φ1. 75in) 軸的3/4半徑處，淬火狀態(tài)的 4140H 鋼能否提供最低要求硬度45HRC? 為了回答這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)入圖49 中間的圖表，在Φ44. 45mm (Φ1. 75in) 處做水平線與3/4 半徑對(duì)應(yīng)的曲線相交于一點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)位于試樣末端淬火距離6. 5/16in 的位置。最后做垂直線到底部圖表上，與4140H鋼的最低淬透性曲線相交于一點(diǎn)，該交點(diǎn)處的硬度為 49HRC。由于 49HRC＞45HRC,因此用 4140H鋼制造該零件有足夠大的淬透性。
十三、淬透性極限和 H 鋼
淬透性帶是描述許多等級(jí)的碳和合金鋼的淬透性范圍的末端滓火曲線（根據(jù)許多歷史數(shù)據(jù)繪制）。淬透性帶也可以在H鋼的技術(shù)規(guī)范中采用，H鋼是具有指定淬透性帶的鋼種。這些鋼種是在化學(xué)成分符號(hào)之后，或者在統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)（UNS) 名稱之前用一個(gè)字母 H 命名。
H 型鋼有供應(yīng)商保證在規(guī)定的化學(xué)成分范圍內(nèi)滿足淬透性要求。圖50 比較了四種鋼的淬透性帶，H 鋼的淬透性比較緊湊?；瘜W(xué)成分類似的鋼種的淬透性帶比較寬。表9 中 列出了 H 鋼的末端淬火淬透性帶。
▲圖50 H鋼的淬透性帶與化學(xué)成分類似的鋼的淬透性帶比較
▼表9 H 鋼的末端淬火淬透性帶數(shù)據(jù)
當(dāng)規(guī)定使用 H 鋼時(shí)，鋼鐵制造商將在交貨單上，或者通過(guò)其他方式給出包含煉鋼爐號(hào)在內(nèi)的淬透性特性。這個(gè)爐號(hào)的淬透性通過(guò)在末端淬火試樣上規(guī)定的參考點(diǎn)硬度，或者在規(guī)定的末端淬火距離處的硬度來(lái)表示。20HRC以下的讀數(shù)不做記錄。在鑄造或者鍛造的末端淬火圓棒上測(cè)定爐號(hào)淬透性。
圖51 所示，為六個(gè) H 鋼系列最小淬透性曲線之間的差異，在每一個(gè)H鋼系列中，合金含量基本不變，可以觀察到碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)淬透性的影響范圍是0. 15%~0. 60%.末端淬火試樣上的任何曲線的垂直位置之間，也就是說(shuō)，對(duì)于任何一個(gè)冷卻速度，可以看出碳對(duì)硬度的影響。這種影響變化顯著，取決于合金元素的類型和數(shù)量。例如，在圖51 d~f中，三個(gè)鋼系列中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0. 35%增加到
0. 50%, 引起了四個(gè)不同末端淬火位置處硬度的增加（使用洛氏硬度C標(biāo)尺）， 見(jiàn)表10。
在圖51 的水平坐標(biāo)線上可以看到含碳量對(duì)淬透性的影響。如果用曲線的拐點(diǎn)來(lái)預(yù)估50%馬氏體轉(zhuǎn)變的位置，則 8650與8630鋼含碳量對(duì)淬透性的影響可以表示為＋4/16in, 也就是說(shuō)，拐點(diǎn)從5/16in 位置轉(zhuǎn)移到 9/16in 的位置。類似地，當(dāng)名義碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 35%~0. 50%時(shí)，在51xx系列鋼中碳淬透性的影響較小（2/16in) , 在41xx系列鋼中較大（6/16in) 。 在淬火速度方面，考慮到淬火和淬透性的聯(lián)合影響，要求達(dá)到45HRC的冷卻速度（或淬火速度）受質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 15%的C與合金化元素組合的影響而不是受到其他組合的影響。例如，在w (Cr) =0. 75%和w (Mo) =0. 15% (以41xxH系列鋼為例）的鋼中，w (C) 增加0. 15%, 淬火速度要求就較低，或者獲得45HRC的臨界冷卻速度可從25℃/s降低到4. 6℃/s (45°F/s到8. 3°F/s)。同樣，在w (Cr) =0. 75%和無(wú)鉬元素（51xxH系列鋼）的鋼中增加相同的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，冷卻速度可從47℃/s降低到21℃/s (85°F/s到37°F/s)。 碳和合金元素含量對(duì)冷卻速度影響的實(shí)際意義是值得考慮的。對(duì)一根Φ50mm (Φ2in) 的4150H鋼圓棒進(jìn)行油淬，無(wú)攪拌，在1/2半徑處可以獲得45 HRC的硬度。在同樣直徑的 4135鋼圓棒中，為了在1/2半徑處獲得同樣的硬度，則需要水淬并強(qiáng)烈攪伴。比較Φ32mm (Φ11/4in) 5135鋼和5150鋼，在135鋼圓棒1/2半徑處獲得45HRC硬度需要水淬并攪拌；同樣的要求在5150鋼圓棒上使用油淬、中等攪拌，就可以實(shí)現(xiàn)。因此，增加或減少含碳量或添加某種合金化元素，如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 15%的Mo, 可以在要求的淬冷烈度和橫截面尺寸下獲得希望的結(jié)果。
圖52 所示，為如何根據(jù)理想臨界直徑對(duì)鋼種進(jìn)行評(píng)價(jià)：假設(shè)在理想淬火條件下，將橫截面的心部淬硬到50%馬氏體組織，通過(guò)碳和合金元素的含量對(duì)這一過(guò)程的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。理想淬火是指熱量從鋼件表面釋放出去熱量的速度和它從內(nèi)部被傳遞到表面。的速度相同。通常，硬度和含碳量之間的關(guān)系在實(shí)際應(yīng)用中是很重要的，但是，用于這種評(píng)定方法中卻是模糊的，因?yàn)殇摫徽J(rèn)為具有恒定的微觀結(jié)構(gòu)。
硬度是隨著含碳量的降低而不斷下降的。
▲圖52 含碳量對(duì)每種牌號(hào)以最低
十四、根據(jù)末端淬火試驗(yàn)位置對(duì) H 鋼進(jìn)行分類
由表11可見(jiàn)，位于H 鋼末端淬火試樣硬度帶的下限上，六個(gè)不同的硬度水平被指定為淬火態(tài)硬度：55HRC、50HRC, 45HRC、40HRC、35HRC 30HRC。最后兩個(gè)硬度水平主要用于滲碳零件的心部硬度。表中包含了已經(jīng)建立帶的大部分鋼，而且已被繪入圖33 和圖34， 這樣做減少了需要查,閱的圖表的數(shù)量，而在過(guò)去，為了選擇一種鋼，這些圖表是必需的。在下面的例子中介紹了圖33 和表11 的使用方法。
▼表11 按照各種末端淬火距離的最小硬度對(duì) H 鋼進(jìn)行分類
例：選擇一種在Φ38mm (Φ11/2in) 橫截面的1/2半徑處等效硬度是45HRC的鋼。分析：需要選擇一種鋼，在用這種鋼制成的零件的1/2半徑處將淬硬到45HRC, 這個(gè)零件有一個(gè)重要的橫截面等效于Φ38mm (Φ11 /2in) 圓棒。 1) 為了防止畸變，假設(shè)在油中淬火，攪拌速度為60m/min (200ft/min) (H=0.5),并且在無(wú)氧化氣氛中加熱到奧氏體化溫度。所以，圖33 ）c所示的1/2半徑圖表可用。 2) 選擇鋼種。首先，在豎直軸上找到38mm并做水平線，與攪拌速度為60m/min (200ft/min) 的油淬曲線（曲線5) 相交于一點(diǎn)，通過(guò)該交點(diǎn)做水平軸的垂線，即可確定末端淬火圓棒上和Φ38mm圓棒的1/2半徑處冷卻速度相同的位置，這個(gè)位置位于至圓棒淬火端的等效距離為6. 5/16in處。然后，在表21 中查找各種 H 鋼末端淬火圓棒上45HRC 的位置，發(fā)現(xiàn) 8640、8740、5150和94B30鋼的末端淬火距離在6. 5/16in處將達(dá)到 45HRC。如果其他的淬透性不能滿足要求，那么在7/16in處達(dá)到45HRC 的鋼包括4137、8642、6145和50B40鋼。9261鋼也屬于這類鋼，但是不可以選用，因?yàn)樗鼉H作為一種彈簧鋼使用，淬火態(tài)時(shí)，其硬度必須高達(dá)50~55HRC。因此有八種鋼可用，它們能滿足淬透性要求。選擇者可根據(jù)這些鋼的其他特性，如機(jī)械加工性、可鍛性、氣割性、畸變情況、可用性和成本等做出決定，并最終決定哪一種鋼最適合作為所需制造工件的材料。
文章來(lái)源：節(jié)選自美國(guó)熱處理手冊(cè)A卷
從 美國(guó)金屬學(xué)會(huì) 熱處理手冊(cè) 上學(xué)習(xí)：鋼的硬度和淬透性 （上,中,下）列表:
從 美國(guó)金屬學(xué)會(huì) 熱處理手冊(cè) 上學(xué)習(xí)：鋼的硬度和淬透性 （上）
從 美國(guó)金屬學(xué)會(huì) 熱處理手冊(cè) 上學(xué)習(xí)：鋼的硬度和淬透性 （中）
從 美國(guó)金屬學(xué)會(huì) 熱處理手冊(cè) 上學(xué)習(xí)：鋼的硬度和淬透性 （下）
(本平臺(tái)"常州精密鋼管博客網(wǎng)"的部分圖文來(lái)自網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多技術(shù)信息。我們尊重原創(chuàng)，版權(quán)歸原作者所有，若未能找到作者和出處望請(qǐng)諒解，敬請(qǐng)聯(lián)系主編微信號(hào)：steel_tube，進(jìn)行刪除或付稿費(fèi)，多謝!)
