实验五 钢的淬透性实验

一、实验目的

1、了解淬透性的概念。

2、学会末端淬火法测定钢的淬透性。

3、了解淬透性曲线的应用。

4、比较45钢和40Cr钢的淬透性高低。

二、实验原理概述

淬透性是钢的一种重要的热处理工艺性能，是钢的一种属性，指定淬火时形成马氏体的能力。一般以圆柱形试样的淬透层深度或沿截面硬度分布曲线表示。淬透性的评定标准通常认为：除马氏体外，允许含有一定量的非马氏体组织。一般采用表面至半马氏体组织（即该层是由50%马氏体和50%非马氏体组织组成）的距离作为淬硬层深度，并用这个淬硬层深度作为评定淬透性标准（选定这个标准的理由：半马氏体区不但很容由显微镜识别出来而且也容易由硬度的变化予以测定）。淬透层越深，表明钢的淬透性越高。

根据国家标准（GB/T225—1988）规定，钢的淬透性用末端淬火法测定。测定时将标准试样（Φ25 mm×100mm）按规定的奥氏体化条件加热后，迅速取出放入末端淬火试验机的试样架孔中，立即由末端喷水冷却。因试样是一端喷水冷却，故水冷端的冷速最快，越往上冷的越慢，头部的冷速相当空冷。因此沿试样长度方向上由于冷却条件的不同，获得的组织和性能也将不同。冷却完毕后沿试样两侧长度方向每隔一定间距测量一个硬度值，即可得到沿长度方向上的硬度变化，所得曲线即为该钢的淬透性曲线，如图1所示。

图1 钢的淬透性曲线

对同一牌号的钢，由于化学成分和晶粒度的差异，淬透性曲线实际上为一定波动范围的淬透性带。

影响淬透性的因素有合金元素的种类及质量分数、碳的质量分数、奥氏体化温度、未溶的第二相。其中合金元素影响最大。除钴以外，其他合金元素都提高淬透性。

淬透性曲线的实际应用：

1、近端面1.5mm处的硬度可代表钢的淬硬性。因这点的硬度在一般情况下，表示99.9%马氏体的硬度。

2、曲线上拐点处的硬度大致是50%马氏体的硬度。该点离水冷端距离的远近表示钢的淬透性大小。

3、整个曲线上的硬度分布情况，特别是在拐点附近，硬度变化平稳标志着钢的淬透性大，变化剧烈标志着淬透性小。

4、钢的淬透性不同，可作为机器零件的选材和制定热处理工艺的重要依据。

5、确定钢的临界淬火直径。

6、确定钢件截面上的硬度分布。

三、实验设备及材料

1、箱式电炉

2、末端淬火试验机

3、洛氏硬度机

4、砂轮机

5、45钢和40Cr钢标准试样

6、游标卡尺

四、实验内容及方法

1、淬火装置

淬火装置如图2所示，主要由支架和喷水管组成。试样吊挂在支架上，用向上喷射的水流使试样端面淬火。

图2 淬火装置示意图

         1—试样支架  2—试样位置  3—挡水板  4—喷水管  5— 喷水口

喷水管至试样下端面的距离应按照标准设置，支架应保证试样的轴线与喷水口的中心线在同一直线上，而且在淬火期间保持位置不变。

未放置试样时，从喷水管射出水流的自由高度应稳定在（65±5）mm。

2、试样的加热

试样应均匀地加热，在有关产品技术条件或特殊协议中规定的温度下保温（30±5）min。试样在加热和保温时，应采取预防措施防止试样脱碳、渗碳或产生明显的氧化。

3、淬火

试样支架应保持干燥。在试样安放到支架上的过程中应防止水溅到试样上。可在喷水管口上方添加活动挡水板，以使水的射流快速喷出和切断。在淬火过程中应防止向试样吹风。

从炉中取出试样到开始向试样端面喷水延迟的时间不得超过5s。

喷水时间至少应为10min，此后可将试样浸入水中完全冷却。水温应在10～30℃之间。

4、硬度测量

（1）首先在平行于试样轴线方向上磨制出两个相互平行的平面，磨削深度为0.4～0.5mm。磨制硬度测试平面时，必须用充足的冷却液防止试样由于磨削生热而引起组织发生变化。

（2）测量硬度时，试样和支架之间应良好地固定。然后在1470（150kgf）试验力下测量洛氏硬功夫度HRC值或在294N（30fgf）试验力下测量维氏硬度HV值。

（3）硬度测量点的确定如图3所示。通常测量离开淬火端面1.5、3、5、7、9、11、13、15mm八个点和以后间距为5mm的各点的硬度值，直至30～50mm处。

图3  硬度测量点的确定

5、试验结果的表示

距淬火端面任一规定距离的硬度值为两个测试平面上硬度测量结果的平均值。

以横坐标表示距淬火端面的距离，以纵坐标表示相应距离处的硬度值，绘制硬度变化曲线，得到钢的淬透性曲线。

6、根据测得的淬透性曲线，分析所试验材料的淬透性和特点。

五、实验报告及要求

1、写出实验名称及目的。

2、简述末端淬火法的试验原理和方法。

3、列出实验数据，绘制出45钢和40Cr钢的淬透性曲线。

4、说明淬透性的实际意义。

5、实验中存在的问题及体会。