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鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體層深度的能力，是鋼本身固有的一個(gè)屬性，主要與鋼的過冷奧氏體穩(wěn)定性或與鋼的臨界冷卻速度有關(guān)。而影響淬硬深度（淬透深度）的因素是多方面的，對(duì)于一種材料狀態(tài)，主要受臨界冷卻速度、淬火冷卻介質(zhì)和試件尺寸大小等因素的影響。本文通過基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)，研究淬火冷卻介質(zhì)、試件尺寸大小對(duì)40CrNiMo材料淬火硬化層深度的影響。
1. 試驗(yàn)
（1）試驗(yàn)材料 工藝試驗(yàn)選用40CrNiMo材料，直徑分別為60mm、70mm、80mm和90mm的棒材，切割成長度為100mm的試樣，材料的化學(xué)成分符合表1的要求。
?。?/font>2）設(shè)備 中溫箱式電爐、洛氏硬度機(jī)、金相顯微鏡、水冷砂輪切割機(jī)。
?。?/font>3）試驗(yàn)方法 一 ：?將 尺 寸 為φ 6 0 m m × 1 0 0 m m 、 φ 7 0 m m × 1 0 0 m m 、φ 80mm×100mm和 φ 90mm×100mm的40CrNiMo材料圓柱試樣在850℃淬入油和水中，保溫試件依次為3h、4h、4h20min和5h，淬火后的試樣，截?cái)喑蓛蓚€(gè)相等部分，切斷時(shí)務(wù)必注意切斷處不要過熱，再把斷口磨光，研磨時(shí)也需冷卻，然后在沿磨光截面的直徑上每隔2mm的各點(diǎn)上測量硬度（HRC），根據(jù)中心和表面硬度的數(shù)值和差異，對(duì)比試樣尺寸大小和淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力對(duì)淬硬
層深度的影響。
方法二：將淬火后的40CrNiMo圓柱試樣切割為金相試樣，每試樣沿橫向中心截面方向切割出表面、二分之一半徑、中心各1件。觀察金相組織，分析影響硬化層深度的因素。組織對(duì)比試樣的取樣位置如圖1所示。
2. 試驗(yàn)結(jié)果
?。?）不同尺寸試樣硬度梯度結(jié)果 采用試驗(yàn)方法一測得40CrNiMo材料 φ 60mm×100mm、φ 7 0 m m × 1 0 0 m m 、 φ 8 0 m m × 1 0 0 m m 和φ 90m m×100m m試樣油冷的硬度梯度數(shù)據(jù)
如表2、表3和表4所示， φ 60m m×100m m和φ 90mm×100mm試樣水冷的硬度梯度如表4、表5所示。
?。?）截面不同區(qū)域的金相組織觀察結(jié)果 采用試驗(yàn)方法二，測得不同尺寸大小油冷試樣表面、
3. 分析與討論
?。?）試樣尺寸和冷卻方式對(duì)淬火硬化層深度的影響 從表2～表5的硬度數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)都采用油冷時(shí)，直徑為60mm的試樣表面到心部的硬度基本一致，在50HRC左右；直徑增加為70mm時(shí)，表面硬度為50HRC左右，心部硬度在44～45HRC之間；直徑繼續(xù)增加到80mm時(shí)，整個(gè)截面的硬度變化不大，都在39～43HRC之間；當(dāng)直徑達(dá)到90mm時(shí)，硬度下降更多，截面的硬度在34～39HRC之間。
當(dāng)采用冷卻能力較強(qiáng)的水冷時(shí)，同樣為 φ 90mm的試樣，表面硬度可以達(dá)到54～55HRC，心部的最低硬度也能達(dá)到44HRC。試件尺寸大小對(duì)淬硬層深度的影響可用圖6 [1] 來說明，將鋼自奧氏體化溫度迅速冷卻到開始馬氏體相變的溫度，主要是依靠淬火劑把鋼件內(nèi)部的熱量迅速導(dǎo)走。試件的尺寸越大，所含的熱量便越多，而使熱量自鋼件內(nèi)部傳導(dǎo)至表面，最后為淬火劑冷卻所需的時(shí)間也越長，即鋼件的冷卻速度越慢。用同一材料做成不同尺寸大小的試件。大尺寸的試件，不論表面或中心的冷卻速度都是比較緩慢的。
因此，小尺寸試件的整個(gè)截面可以完全淬透，而大型試件甚至連表面都不能淬硬。即使表面部分淬硬了，也會(huì)由于奧氏體的轉(zhuǎn)變在較高溫度進(jìn)行的，以致所獲得的硬度也較低；尺寸越大，表面硬度也將越低。
當(dāng)試樣的尺寸由 φ 60m m×100m m增加到φ 90m m×100m m時(shí)，油冷試樣表面硬度由50H R C下降到40H R C。 φ 80m m×100m m和φ 90mm×100mm試樣油冷時(shí)，由于試樣尺寸較大，加熱后所含有的熱量較多，油的冷卻能力偏低，冷卻時(shí)淬火冷卻介質(zhì)不能及時(shí)有效地吸收傳導(dǎo)出的熱量，使試樣在淬火時(shí)發(fā)生了回火，即自回火現(xiàn)象，導(dǎo)致試樣硬度較低。當(dāng)采用冷卻能力較強(qiáng)的水冷卻時(shí)，外層的冷卻速度最強(qiáng)烈，試樣淬火后的表面硬度較高，即使是尺寸最大的φ 90mm×100mm試樣，表面也能達(dá)到54HRC，但由于表面和中心之間的冷卻速度相差最懸殊，使表面和心部的硬度也相差較大。
?。?）試樣尺寸和冷卻方式對(duì)硬化層組織的影響 由于實(shí)際冷卻速度大于或者小于臨界冷卻速度的情況不同，有的試件能完全淬透，油冷的試件只能在一定深度或表面層中淬成馬氏體組織，而中心部位則不能獲得淬火組織。
從圖2可以看出， φ 60mm試件表面和心部為典型的馬氏體組織，因?yàn)?0CrNiMo材料為中碳中合金鋼，所以形成板條和片狀兩種混合組織，是以片狀馬氏體為主，針狀形貌很明顯。直徑為70mm時(shí)，由于冷速降低，發(fā)生了貝氏體轉(zhuǎn)變，從表面到心部都存在部分的羽毛狀上貝氏體組織和粒狀貝氏體組織，越靠近中心，羽毛狀的貝氏體組織量越多。直徑為80mm時(shí)，基本上全都是貝氏體組織。越近中心，粒狀貝氏體區(qū)域越多、越集中。因?yàn)榱钬愂象w的形成溫度一般在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的最上部，所以該組織的出現(xiàn)是冷速進(jìn)一步降低的結(jié)果。直徑90mm與直徑80mm試件的組織形貌相似，基本上均為貝氏體組織。
4. 結(jié)語
?。?）對(duì)于同一種材料，當(dāng)淬火冷卻介質(zhì)相同時(shí)，試件尺寸越大，表面硬度越低。
?。?）材料相同，試件尺寸相同時(shí)，淬火冷卻介質(zhì)冷卻能力越強(qiáng)，表面硬度越高。