鋼末端淬透性檢驗的影響因素

李長貴，馬 娟，海秀英，陸建民，雷國清

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海省冶金產(chǎn)品研究與開發(fā)重點實驗室），青海 西寧 810005）

近年來，汽車工業(yè)對齒輪鋼的質(zhì)量和性能要求越來越高，許多齒輪生產(chǎn)企業(yè)對齒輪鋼的技術(shù)指標提出了嚴格要求；淬透性試驗方法頂端淬火試驗GB/T 225-2006鋼淬透性的末端淬火試驗方法（Jominy試驗），是一種測定淬透性的簡便方法，在許多國家已標準化。圖1是用標準試樣經(jīng)適當奧氏體化后進行頂端淬火的示意圖。頂端淬火時冷卻速度由淬火端沿試棒逐漸減小，組織和硬度隨之相應(yīng)地變化，由此得到的硬度變化曲線（圖2）稱為淬透性曲線。嚴格地說，這種曲線只對某一爐次的鋼有效；對于某一定鋼種來說，由于化學(xué)成分的差異（成分波動及偏析）、預(yù)先熱處理工藝的差異（顯微組織上的差異），其淬透性曲線可在相當大的范圍內(nèi)波動，形成一個淬透性帶（圖3）。

圖1 頂端淬火

圖2 淬透性曲線

圖3 淬透性帶

1 熱處理工藝對淬透性的影響

鋼的淬火加熱溫度主要由鋼的化學(xué)成分和所要求的淬火組織來確定，一般采用Ac3以上30℃～50℃。

保溫的目的使試樣透熱（即工試樣整個截面都達到規(guī)定的淬火加熱溫度），完成加熱時的轉(zhuǎn)變過程，獲得所需成分的細晶粒奧氏體，在這個前提下，應(yīng)盡量縮短保溫時間，以減少氧化和脫碳。

加熱的方式也會影響淬透性，在實際操作中這是很重要的，我們往往容易忽視這一點。因為加熱方式不同，產(chǎn)生的加熱效果也不同。例如用箱式電爐就比鹽浴爐產(chǎn)生的氧化、脫碳現(xiàn)象嚴重，就會降低淬透性。零件的形狀尺寸、加熱溫度、冷卻方式等，在不同程度上都影響著鋼的淬透性。熱處理冷卻介質(zhì)的冷卻特性和冷卻速度，對鋼的淬透性也有很大影響。冷卻速度快的，淬透性就提高，冷卻速度慢的，淬透性就降低。

2 化學(xué)成分對淬透性的影響

主要是碳元素的影響，當C%小于1.2%時，隨著奧氏體中碳濃度的提高，顯著降低臨界冷卻速度，C曲線右移，鋼的淬透性增大；當C%大于1.2%時，鋼的冷卻速度反而升高，C曲線左移，淬透性下降。其次是合金元素的影響，除鈷外，絕大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后，均使C曲線右移，降低臨界冷卻速度，從而提高鋼的淬透性。如40Mn2鋼成分相差較大的2爐鋼進行末端淬透性試驗，數(shù)據(jù)見表1、表2。

表1 化學(xué)成分

3 測試過程中的影響因素

3.1 試樣平行度的影響

用高、中、低各4塊洛氏標準硬度塊對不同傾斜角進行測試其洛氏硬度值，結(jié)果見表3。

表3 不同傾斜角的洛氏硬度對比值

3.2 試樣加工影響

用標準塊磨制不同的粗糙度測試面（粗糙度用TR200手持式粗糙度儀測量），用TH301洛氏硬度計進行測試，結(jié)果見表4。

表4 不同粗糙度的硬度值

3.3 距水冷端距離定位的影響

在端淬試驗測試時，距淬火端的距離是最關(guān)鍵的參數(shù)，而普通試驗機無自動定位功能，只能人為手動標識并進行試驗，導(dǎo)致實際的測試點距離與要求測試點距離有偏差，當測試點接近淬火端面時測試值偏高，當測試點靠后時測試值偏低。

ENST公司生產(chǎn)的AT350系列全自動硬度計末端點距可編程自動定位控制，定位準確，試驗機穩(wěn)定性好，如用此試驗機可避免末端點距定位問題。

表2 末端淬透性

4 分析結(jié)論

①從數(shù)據(jù)看出，1#試樣相比2#試樣合金成分較高，淬透性也相對較高。②從數(shù)據(jù)看出傾斜角度越大，測試值越低；當試樣有一定的傾斜角時金鋼石圓錐壓頭沒有垂直壓入試樣，測量壓痕深度時偏大導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏低。③由于洛氏硬度在理論上是以平面為基準的，對于凹凸不平、表面粗糙度的表面，在相同的試驗力作用下，表面粗糙度大的表面壓頭壓入深度要更大些，因此測得的洛氏硬度值偏低。④末端淬透性在測試過程中試樣表面粗糙度、平行度都會對檢驗結(jié)果有較大的影響，在檢驗過程中注意試樣加工質(zhì)量，保證檢驗數(shù)據(jù)的準確性。