钢末端淬透性检验的影响因素

李长贵，马 娟，海秀英，陆建民，雷国清

（西宁特殊钢股份有限公司，青海省冶金产品研究与开发重点实验室），青海 西宁 810005）

近年来，汽车工业对齿轮钢的质量和性能要求越来越高，许多齿轮生产企业对齿轮钢的技术指标提出了严格要求；淬透性试验方法顶端淬火试验GB/T 225-2006钢淬透性的末端淬火试验方法（Jominy试验），是一种测定淬透性的简便方法，在许多国家已标准化。图1是用标准试样经适当奥氏体化后进行顶端淬火的示意图。顶端淬火时冷却速度由淬火端沿试棒逐渐减小，组织和硬度随之相应地变化，由此得到的硬度变化曲线（图2）称为淬透性曲线。严格地说，这种曲线只对某一炉次的钢有效；对于某一定钢种来说，由于化学成分的差异（成分波动及偏析）、预先热处理工艺的差异（显微组织上的差异），其淬透性曲线可在相当大的范围内波动，形成一个淬透性带（图3）。

图1 顶端淬火

图2 淬透性曲线

图3 淬透性带

1 热处理工艺对淬透性的影响

钢的淬火加热温度主要由钢的化学成分和所要求的淬火组织来确定，一般采用Ac3以上30℃～50℃。

保温的目的使试样透热（即工试样整个截面都达到规定的淬火加热温度），完成加热时的转变过程，获得所需成分的细晶粒奥氏体，在这个前提下，应尽量缩短保温时间，以减少氧化和脱碳。

加热的方式也会影响淬透性，在实际操作中这是很重要的，我们往往容易忽视这一点。因为加热方式不同，产生的加热效果也不同。例如用箱式电炉就比盐浴炉产生的氧化、脱碳现象严重，就会降低淬透性。零件的形状尺寸、加热温度、冷却方式等，在不同程度上都影响着钢的淬透性。热处理冷却介质的冷却特性和冷却速度，对钢的淬透性也有很大影响。冷却速度快的，淬透性就提高，冷却速度慢的，淬透性就降低。

2 化学成分对淬透性的影响

主要是碳元素的影响，当C%小于1.2%时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大；当C%大于1.2%时，钢的冷却速度反而升高，C曲线左移，淬透性下降。其次是合金元素的影响，除钴外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，均使C曲线右移，降低临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。如40Mn2钢成分相差较大的2炉钢进行末端淬透性试验，数据见表1、表2。

表1 化学成分

3 测试过程中的影响因素

3.1 试样平行度的影响

用高、中、低各4块洛氏标准硬度块对不同倾斜角进行测试其洛氏硬度值，结果见表3。

表3 不同倾斜角的洛氏硬度对比值

3.2 试样加工影响

用标准块磨制不同的粗糙度测试面（粗糙度用TR200手持式粗糙度仪测量），用TH301洛氏硬度计进行测试，结果见表4。

表4 不同粗糙度的硬度值

3.3 距水冷端距离定位的影响

在端淬试验测试时，距淬火端的距离是最关键的参数，而普通试验机无自动定位功能，只能人为手动标识并进行试验，导致实际的测试点距离与要求测试点距离有偏差，当测试点接近淬火端面时测试值偏高，当测试点靠后时测试值偏低。

ENST公司生产的AT350系列全自动硬度计末端点距可编程自动定位控制，定位准确，试验机稳定性好，如用此试验机可避免末端点距定位问题。

表2 末端淬透性

4 分析结论

①从数据看出，1#试样相比2#试样合金成分较高，淬透性也相对较高。②从数据看出倾斜角度越大，测试值越低；当试样有一定的倾斜角时金钢石圆锥压头没有垂直压入试样，测量压痕深度时偏大导致数据偏低。③由于洛氏硬度在理论上是以平面为基准的，对于凹凸不平、表面粗糙度的表面，在相同的试验力作用下，表面粗糙度大的表面压头压入深度要更大些，因此测得的洛氏硬度值偏低。④末端淬透性在测试过程中试样表面粗糙度、平行度都会对检验结果有较大的影响，在检验过程中注意试样加工质量，保证检验数据的准确性。