钢淬透性能试验 (端淬试验机)
2018-05-29 10:52admin
试验原理：
钢的淬透性是表示钢获得马氏体的能力，是钢本身所固有的属性。
淬透性与淬硬性是两个概念，淬硬性是钢的表面由于马氏体转变所能得到最大硬度，它与钢的含碳量有关。
在生产实践中人们通常把工件表面到半马氏体组织区域的深度作为淬透层深度。钢的淬透性与淬火临界冷却速度有着密切的关系，而淬火临界冷却速度的大小又取决于钢的过冷奥氏体的稳定性，因此，凡是影响过冷奥氏体稳定性的诸因素，都会影响钢的淬透性。
淬透性的大小对钢材热处理的机械性能有很大的影响。如果工件被淬透了，则表里的组织和性能均匀一致，能充分发挥钢的机械性能的潜力，如工件未淬透，则表面的组织和性能存在差异，经回火后的屈服强度和冲击韧性较低。造成这种差别的重要原因在于：在淬火时，中心未淬透部分形成了非马氏体组织，回火后仍保持其片状组织特性；而在表面获得马氏体的部分，经回火后为粒状碳化物分布在铁素体基体上的混合组织，综合性能较好。
由上所述，淬透性的大小对钢材的合理选用及热处理工艺的正确制定都是十分重要的。
测定钢的淬透性常用的方法有两种：
1.断口法：
从淬透层和未淬透层的宏观断口观察，可以较明显的分成两部分，淬透层呈暗黑色。从硬度分布来看，因为碳钢的半马氏体区的硬度与碳含量有关（合金钢的半马氏体硬度一般比碳钢略高一些）见表1
不同含碳量半马氏体区硬度 表一
|
含碳量％ |
半马氏体区硬度HRC |
含碳量％ |
半马氏体区硬度HRC |
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 |
—
32
35
39
44 |
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0 |
47
51
53
54
— |
在同样尺寸同样冷却条件下，通过硬度测定，可以测出不同钢由表层至至中心的硬度分布情况，比较它们截面上硬度分布曲线，就可以知道它们淬透层的深度及淬透性的好坏，图1为φ50毫米的40Cr钢与40＃钢水淬后的截面硬度分布曲线。
图1φ50毫米的40Cr钢与40钢水淬后截面硬度分布曲线
2、端淬试验
将欲测定淬透性的钢做成标准尺寸（φ25×100）的试样，将其加热到奥氏体化后，迅速放到
端淬试验的设备上，如图2，以水喷射试样的下端，试样逐渐冷却。采用端淬试验法测定钢的淬透性，通常适用于碳素钢及一般合金钢，并已标准化。
图2 端淬试验示意图
试样用料坯在车取试样前，应先经正火处理，要用时，试样截取制备根据GB225-2006规定进行。
试验方法：试样应在温度准确的箱式电炉中加热，加热炉内应有保护气氛或将试样放入钢管与钢板焊成的圆筒内加热，如图3所示。
图3 试样装入钢筒内的剖面图
试验时圆筒部铺以少量石墨粉和生铁屑，亦可以将试样垂直放入铺有石墨板（粉）或生铁屑有盖的铁盒内，以防止试样表面氧化脱碳。
试样加热至钢的端淬温度后，保温30分钟后，取出进行末端淬火。试样自炉内取出至水淬开始时间不得超过5秒钟。水淬试样应处于静止的空气中，水淬时间应大于10分钟。端淬温度应从该钢种标准技术条件中对该钢号所规定的淬火温度为准。
淬火用的试样支架应保证在淬火过程中，试样的轴线对准喷水口的中心线。试样末端至喷水口的距离为12.5毫米，喷水口的直径为12.5毫米。
试验前调节水门，使水柱由喷水口向上冒出的自由高度为65±5毫米。调节完毕后试样支架有水应擦干，淬火时水压应固定，使喷出的水柱高度稳定不变。
试样淬火后圆柱表面在相对180。的两边磨去0.2～0.5毫米的深度，以获得两相互平行的平面。磨制的过程中试样不应发生回火现象。然后每隔1.5毫米测一次硬度HRC。当硬度底于半马氏体硬度，硬度下降趋于平衡时，可每隔3毫米测量一次，直至离末端需要的位置为止。
以硬度值（HRC）作纵坐标，以距末端淬火的距离（毫米）作横坐标，按互相平行的平面上各点所测得的硬度平均值和其相对应的距淬火末端距离绘制淬透性曲线。见下面淬透性记录图4。
端淬法测定淬透性通常不以临界直径表示，而以半马氏体区至末端距离表示。
图4 淬透性记录图表 40Cr
钢材的淬透性值以J（HRC/d）表示，d——表示距淬火末端距离HRC为该处测得的硬度值。
必要时可采用较小尺寸或其它形状试样作淬透性试验，表2所列为国家标准尺寸推荐采用的试样。应该指出端淬试样法对高淬透性钢和低淬透性钢均不适用，对高淬透性钢和低淬透性钢另有专门的测定方法。
表二 推荐采用的小尺寸试样
|
试 样 |
保温时间
（分） |
喷水口直径（mm） |
自由水柱高度（mm） |
喷水口至试样端面间的距离（mm） |
|
直径（mm） |
头部直径（mm） |
长度
（mm） |
|
20 |
25 |
100 |
30 |
12.5 |
65±5 |
12.5 |
|
12 |
17 |
100 |
15 |
6 |
100±5 |
10 |
试验用材料:
1、45#钢和40Cr钢φ25×100毫米端淬试样（自备）
2、电阻箱式电炉（济南华兴试验设备有限公司）
3、端淬试验机（济南华兴试验设备有限公司）
4、钢筒、石墨粉或生铁屑(自配)
5、洛氏硬度计（济南华兴试验设备有限公司）
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