提高材料淬透性和淬硬性方法的探索

劉蔚倩,尹劍英,李璐瑯,周 勇,周夢華,黃春江,劉 自

(湖南理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院,湖南 岳陽 414006)

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提高材料淬透性和淬硬性方法的探索

劉蔚倩,尹劍英,李璐瑯,周 勇,周夢華,黃春江,劉 自

(湖南理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院,湖南 岳陽 414006)

摘 要:淬透性和淬硬性是選鋼和制定熱處理工藝的重要參考因素.本文通過改變材料的成分，改變冷卻速度等試驗來探討影響淬透性和淬硬性的因素,得到提高淬透性的方法是: 改變成分使C曲線右移和提高冷卻速度; 提高淬硬性的方法是: 提高含碳量及加入合金元素.

關(guān)鍵詞:淬透性; 淬硬性; 45鋼; 20鋼; 洛氏硬度

引言

淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力,通常用鋼在一定條件下淬火所獲得的淬硬層深度表示.鋼的淬硬性是指鋼在正常淬火時所能達(dá)到的最高淬火值,表明鋼的淬硬能力.淬透性和淬硬性是鋼的兩種固有屬性.淬透性好的鋼材可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學(xué)性能,以及可選用淬火應(yīng)力小的淬火介質(zhì),以減小變形的開裂.淬硬性在強(qiáng)化金屬和選材方面也有很重要的意義.因此,本文對影響材料淬透性和淬硬性的因素進(jìn)行了探究.

1　實驗材料設(shè)備及方法

實驗所用的加熱設(shè)備為箱式電阻爐.實驗材料為45鋼和20鋼,尺寸規(guī)格: 12mm×12mm×18mm.用洛氏硬度計(標(biāo)尺C)測量硬度.測試方法: ①在平行于式樣軸線方向上磨制出磨削深度為0.4～0.5mm的平面; ②在1471(150kgf)試驗力下測洛氏硬度值; ③取距淬火端面2,4,6,8,10mm的五個點(diǎn)測量硬度.

2　實驗結(jié)果與分析

表1 含碳量不同的鋼淬火后硬度值(HRC)

2.1含碳量對材料淬透性的影響

840℃淬火.以油為冷卻介質(zhì)時45鋼的淬火硬度明顯高于20鋼.鋼在淬火后,硬度大幅提高,其主要原因是因為獲得了馬氏體組織,而馬氏體組織的硬度主要取決于馬氏體中的含碳量.因而,鋼的含碳量越高,其淬火硬度越高.實際上合金元素対鋼的淬硬性也有影響,譬如20Cr鋼的淬硬性就明顯優(yōu)于20鋼.

2.2冷卻溫度對鋼淬硬性的影響

840℃淬火.分別在20℃、50℃、100℃的水中冷卻,測出鋼的淬火硬度,數(shù)值見表2.數(shù)據(jù)顯示: 20℃水冷時,鋼的淬火硬度值略高于50℃水冷時,但和100℃水冷時相比,鋼的淬火硬度值存在較大差距.冷卻溫度越低,鋼的淬火硬度越高.冷卻溫度的不同,實際上是鋼的冷卻速度不同.因此可得出結(jié)論: 淬火時冷卻速度越快,鋼的淬火硬度就越高.

淬火時水溫升高,冷卻能力顯著降低,使鋼件不能淬硬,所以實際生產(chǎn)中規(guī)定水溫一般不超過40℃.

2.3 冷卻介質(zhì)對鋼淬透性的影響

840℃淬火.分別以水、機(jī)油、作為冷卻介質(zhì),測出45鋼的淬火硬度,數(shù)值見表3.根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)畫出淬透性曲線,如圖1所示.淬透性高的,硬度下降趨勢緩慢; 淬透性低的,硬度急劇下降.由圖1可以看出,相比于機(jī)油,以水為冷卻介質(zhì)時45鋼的淬透性更好,其原因是: 在熱處理過程中,冷卻速度的快和慢大大影響著鋼的淬透性能的高低,冷卻速度快的淬透性就高.

表2 不同冷卻溫度下45鋼的淬火硬度值(HRC)

表3 不同冷卻介質(zhì)時45鋼淬火硬度(HRC)

圖1 淬透性曲線

淬透性主要取決于鋼的臨界冷卻速度,即取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性.凡是使C曲線右移的因素都提高鋼的淬硬性,但實際上合金元素是最主要的因素,因其對C曲線位置的影響最顯著.

3　結(jié)論

(1)提高淬透性的方法有: 改變成分使C曲線右移; 提高冷卻速度.

(2)提高淬硬性的方法有: 提高鋼件的含碳量; 加入合金元素.

參考文獻(xiàn)

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[4] 嚴(yán)紹華.熱加工工藝基礎(chǔ)[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

作者簡介:劉蔚倩(1965?),女,黑龍江東寧人,湖南理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院教授.主要研究方向: 焊接材料及其工藝

收稿日期:2015-11-03

中圖分類號:TG142.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-5298(2016)01-0061-02