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淬透性主要取决于其临界冷却速度的大小,而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性,影响奥氏体的稳定性主要有以下一些因素:
化学成分的影响: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,钢的淬透性增大;当C%大于1.2%时,钢的冷却速度反而升高,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,降低临界冷却速度,从而提高钢的淬透性。
奥氏体晶粒大小的影响:奥氏体的实际晶粒度对钢的淬透性有较大的影响,粗大的奥氏体晶粒能使C曲线右移,降低了钢的临界冷却速度。但晶粒粗大将增大钢的变形、开裂倾向和降低韧性。
奥氏体均匀程度的影响:在相同冷度条件下,奥氏体成分越均匀,珠光体的形核率就越低,转变的孕育期增长,C曲线右移,临界冷却速度减慢,钢的淬透性越高。
钢的原始组织的影响:钢的原始组织的粗细和分布对奥氏体的成分将有重大影响。
部分元素,例如Mn,Si等元素对提高淬透性能起到一定作用,但同时也会对钢材带来其他不利的影响 。
淬硬层深度,也叫淬透层深度,是指由钢的表面量到钢的半马氏体区(组织中马氏体占50%、其余50%为珠光体类型组织)组织处的深度(也有个别钢种如工具钢、轴承钢需要量到90%或95%的马氏体区组织处)。钢的淬硬层深度越大,就表明这种钢的淬透性越好。
钢材淬透性好与差,常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大,则钢的淬透性越好。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性,它只取决于其本身的内部因素,而与外部因素无关。钢的淬透性主要取决于它的化学成分,特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度,加热温度和保温时间等因素有关。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钢件淬火应力小的淬火剂,以减少变形和开裂。
顶端淬火试验(或称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。下图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(如下图2)称为淬透性曲线或Jominy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(Jominy带)。工业用钢的淬透性曲线几乎都已测定,并汇集成册供查阅参考。
径流系数主要受集水区的地形、流域特性因子、平均坡度、地表植被情况及土壤特性等的影响。径流系数越大则代表降雨较不易被土壤吸收,亦即会增加排水沟渠的负荷。
摇床运动的不对称性它对矿粒沿纵向的选择性搬运及床层的松散影响很大。适宜的不对称性,要求既能保证较好的选择性搬运性能,又保证床层的充分松散。对较难松散和较易搬运的粗粒物料,不对称性可小些,对较易松散,但...
主要是指矿物成分及微观结构两方面。矿物成分:膨胀土含大量的活性粘土矿物,如蒙脱石和伊利石,尤其是蒙脱石,比表面积大,在低含水量时对水有巨大的吸力,土中蒙脱石含量的多寡直接决定着土的胀缩性质的大小。微观...
淬透性的计算从上世纪40年代起,就开始由定性描述到定量的计算,现有的淬透性曲线计算预测方法大致分为以下三种:
理想临界直径计算法
40年代初格罗斯曼,最先提出描述淬透性的理想临界直径计算公式计算方法是 ,先根据图表提供的碳和晶粒度因子,确定理想临界直径基数Dic,再由图表查得有关合金元素的硬化因子的乘数(效果系数)a,第i个元素的硬化因子Fi等于该元素的效果系数ai乘以含量Mi再加1;理想临界直径DI等于基数DIC乘以该元素硬化因子的连乘积。
回归方程计算法
60年代末发展起来的以Just为代表的采用回归方程计算端淬曲线的方法,在此领域开拓了一条新途径 。这种方法的特点是以钢的化学成分作为自变量,采用计算机多元回归分析技术直接建众端淬曲线硬度分布多项式。
非线性方程计算法
上世纪80年代初,文献提出采用非线性方程计算端淬曲线,建立起比理想直径更直观适用的端淬曲线半马氏体点至水冷端距离的计算式;并且还以统一的参数把硬度、强度、韧性和组织分类的计算联成完整的体系 。特别重要的是建立数学模型,这种除依靠专业知识和经验进行广泛的统计分析和严密的逻辑思维外,还在提高效率上十分得力于计算机。
其他模型
基于数据库的端淬控制模型:所谓数据库法是选择多种已经测出端淬曲线的钢,用其化学成分、淬透性数据做为原始资料,去计算待测钢的淬透性。
冶金过程对齿轮钢窄淬透性的影响与控制
采用电炉炼钢短流程生产20CrMnTiH工艺,对影响淬透性的冶金因素进行分析,发现工艺过程对化学成份控制精度的影响因素并进行研究优化,建立电炉短流程生产齿轮钢20CrMnTiH子钢号工艺模型,加强从加料到精炼全过程控制,确保产品成份。
7055铝合金厚板的淬透性
通过末端淬火的方法研究7055铝合金厚板的淬透性,采用透射电子显微镜对微观组织进行分析。结果表明:该合金板材的淬透深度可达45 mm,使其淬透的冷却速率需大于230℃/min;随着冷却速率的减小,淬火过程析出平衡相的数量和尺寸增加,时效后析出的η′沉淀强化相的数量减少,晶界无沉淀析出带宽度增加;在所研究的冷却速率范围内,时效后铝合金板材的硬度、晶界无沉淀析出带宽度与冷却速率的对数均呈线性关系。
第一章 淬火及淬透性基本术语
第二章 本书编制和使用说明
第三章 常用钢的临界直径
第四章 常用钢的淬透性及淬火反应曲线
参考文献 2100433B
为了使大锻件的整个截面冷却后能够获得足够高的机械性能,必须用淬透性足够高的钢种,所以淬透性是大锻件用钢的一个重要指标。
在普通小截面结构钢的热处理中,淬透性是用心部获得50%马氏体时的临界直径来评定。对大锻件来说,由于一般冷却组织是贝氏体或贝氏体和马氏体的混合组织。所以,大锻件的淬透性通常是用心部不产生铁素体而获得贝氏体和马氏体组织时的临界直径来表示,称为无铁素体淬透性。而且,在谈到大锻件淬透性时,一般都具体加以说明。
大截面用钢的淬透性可以利用连续冷却转变曲线来粗略估计。通过铁素体或珠光体转变曲线的鼻尖的冷却速度越小,则钢的淬透性越大,反之越小。
普通小截面钢的淬透性可以通过端淬试验所得的端淬曲线来进行定量评定。但是,对于大锻件用的高淬透性钢来说,即使是端淬试样尾端的冷却速度也还是太大,随着端距的不同,硬度并无明显变化,因而无法根据端淬曲线来判断和比较淬透性的大小。端淬法一般只能用于评定直径130毫米(水淬)或95毫米(油淬)以下的锻件的淬透性,对于更大的锻件必须寻求新的方法,例如加缓冷装置的端淬法、模拟冷却法等。还可以用计算法评定大锻件的淬透性。
为了保证锻件冷却时不致淬裂,长期以来,大锻件的冷却工艺一般都采用比较缓和的冷速方式,如空冷和油冷等,而且出于同一考虑,冷却时不使锻件像小件那样一直冷却到室温,而是冷却到高于室温的某一温度,这一温度叫做终冷温度。为了冷却到终冷温度所需的时间称冷却时间。
综上所述,大锻件冷却工艺的制定主要是确定冷却方式,终冷温度和冷却时间。恰当的冷却工艺应该保证在不使锻件开裂的条件下,尽可能获得综合机械性能较高的转变产物,如马氏体和贝氏体,而且尽量使锻件整个截面上组织分布均匀。
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《常用钢淬透性图册》汇集了270余种常用钢的淬透性曲线、U形曲线图,介绍并作出了直径分别为12.7mm,19mm,25.4mm,38mm,51mm,76mm,102mm的棒料的钢材在不同冷却强度介质中淬火后,其表面、中心和1/2半径处的硬度分布曲线——淬火反应曲线和在不同冷却强度介质中淬火后的临界直径下限值。它们是淬透性曲线的解析,通过这些解析读者可以直观、定量地了解钢材的淬透性,合理选材并制定可行的热处理工艺。
《常用钢淬透性图册》可供热处理行业工程技术人员、机械设计人员和热处理专业院校师生阅读。