提高材料淬透性和淬硬性方法的探索

刘蔚倩,尹剑英,李璐琅,周 勇,周梦华,黄春江,刘 自

(湖南理工学院 机械工程学院,湖南 岳阳 414006)



提高材料淬透性和淬硬性方法的探索

刘蔚倩,尹剑英,李璐琅,周 勇,周梦华,黄春江,刘 自

(湖南理工学院 机械工程学院,湖南 岳阳 414006)

摘 要:淬透性和淬硬性是选钢和制定热处理工艺的重要参考因素.本文通过改变材料的成分，改变冷却速度等试验来探讨影响淬透性和淬硬性的因素,得到提高淬透性的方法是: 改变成分使C曲线右移和提高冷却速度; 提高淬硬性的方法是: 提高含碳量及加入合金元素.

关键词:淬透性; 淬硬性; 45钢; 20钢; 洛氏硬度

引言

淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力,通常用钢在一定条件下淬火所获得的淬硬层深度表示.钢的淬硬性是指钢在正常淬火时所能达到的最高淬火值,表明钢的淬硬能力.淬透性和淬硬性是钢的两种固有属性.淬透性好的钢材可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能,以及可选用淬火应力小的淬火介质,以减小变形的开裂.淬硬性在强化金属和选材方面也有很重要的意义.因此,本文对影响材料淬透性和淬硬性的因素进行了探究.

1　实验材料设备及方法

实验所用的加热设备为箱式电阻炉.实验材料为45钢和20钢,尺寸规格: 12mm×12mm×18mm.用洛氏硬度计(标尺C)测量硬度.测试方法: ①在平行于式样轴线方向上磨制出磨削深度为0.4～0.5mm的平面; ②在1471(150kgf)试验力下测洛氏硬度值; ③取距淬火端面2,4,6,8,10mm的五个点测量硬度.

2　实验结果与分析

表1 含碳量不同的钢淬火后硬度值(HRC)

2.1含碳量对材料淬透性的影响

840℃淬火.以油为冷却介质时45钢的淬火硬度明显高于20钢.钢在淬火后,硬度大幅提高,其主要原因是因为获得了马氏体组织,而马氏体组织的硬度主要取决于马氏体中的含碳量.因而,钢的含碳量越高,其淬火硬度越高.实际上合金元素対钢的淬硬性也有影响,譬如20Cr钢的淬硬性就明显优于20钢.

2.2冷却温度对钢淬硬性的影响

840℃淬火.分别在20℃、50℃、100℃的水中冷却,测出钢的淬火硬度,数值见表2.数据显示: 20℃水冷时,钢的淬火硬度值略高于50℃水冷时,但和100℃水冷时相比,钢的淬火硬度值存在较大差距.冷却温度越低,钢的淬火硬度越高.冷却温度的不同,实际上是钢的冷却速度不同.因此可得出结论: 淬火时冷却速度越快,钢的淬火硬度就越高.

淬火时水温升高,冷却能力显著降低,使钢件不能淬硬,所以实际生产中规定水温一般不超过40℃.

2.3 冷却介质对钢淬透性的影响

840℃淬火.分别以水、机油、作为冷却介质,测出45钢的淬火硬度,数值见表3.根据表3中的数据画出淬透性曲线,如图1所示.淬透性高的,硬度下降趋势缓慢; 淬透性低的,硬度急剧下降.由图1可以看出,相比于机油,以水为冷却介质时45钢的淬透性更好,其原因是: 在热处理过程中,冷却速度的快和慢大大影响着钢的淬透性能的高低,冷却速度快的淬透性就高.

表2 不同冷却温度下45钢的淬火硬度值(HRC)

表3 不同冷却介质时45钢淬火硬度(HRC)

图1 淬透性曲线

淬透性主要取决于钢的临界冷却速度,即取决于过冷奥氏体的稳定性.凡是使C曲线右移的因素都提高钢的淬硬性,但实际上合金元素是最主要的因素,因其对C曲线位置的影响最显著.

3　结论

(1)提高淬透性的方法有: 改变成分使C曲线右移; 提高冷却速度.

(2)提高淬硬性的方法有: 提高钢件的含碳量; 加入合金元素.

参考文献

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[2] 唐仁奎.机械制造基础[M].成都: 西南交通大学出版社,2013

[3] 赵 忠,丁仁亮.金属材料及热处理[M].北京: 机械工业出版社,2005

[4] 严绍华.热加工工艺基础[M].北京: 高等教育出版社,2014

Exploring Ways to Improve the Quenching Degree and Hardenability of Material

LIU Wei-qian,YIN Jian-ying,LI Lu-lang,ZHOU Yong,ZHOU Meng-hua,HUANG Chun-jiang,LIU Zi
(College of Mechanical Engineering,Hunan Institute of Science and Technology,Yueyang 414006,China)

Abstract:It’s the important reference factors of choosing the steel and making technology for heating processing for the quenching degree and hardenability.This paper discussed the factors of influencing the quenching degree and hardenability by changing the content of the material,and changing the speed of cooling the steel,and get the ways to improve the quenching degree is to change the composition to make the Curve C right shift and increase the cooling speed; And the way to improve the hardenability is to improve the carbon content and add the alloying element.

Key words:hardenability,queching degree,45 Steel,20 steel,rockwell hardness

作者简介:刘蔚倩(1965−),女,黑龙江东宁人,湖南理工学院机械工程学院教授.主要研究方向: 焊接材料及其工艺

收稿日期:2015-11-03

中图分类号:TG142.1

文献标识码:A

文章编号:1672-5298(2016)01-0061-02