上海恒精淺談鋼的感應(yīng)淬火的硬度及“超硬”問(wèn)題

時(shí)間：2012-12-14作者：上海恒精機(jī)電設(shè)備有限公司瀏覽：358

鋼淬火硬度決定于鋼的含碳量。正如蘇聯(lián)*感應(yīng)熱處理學(xué)者高洛文（Г.Ф.Головин）指出表面淬火層的硬度“**取決于鋼中的含碳量”。高洛文同時(shí)指出高頻淬火存在“超硬”的現(xiàn)象，即高頻淬火零件的表面硬度比該種零件爐中加熱淬火的較高硬度還要高出3~5HRC

關(guān)于“超硬”的現(xiàn)象作者是有所體會(huì)的，也可以證明“超硬”現(xiàn)象確實(shí)存在。作者親自對(duì)馬氏體不銹鋼螺栓進(jìn)行感應(yīng)淬火，螺栓材料：1Cr17Ni2（含C 0.11~0.17%、 Cr 16~18%、Ni 1.5~2.5%），規(guī)定淬火硬度＞45HRC。利用式〔2〕及式〔３〕計(jì)算其較大淬火硬度分別為34~40HRC和40~45HRC，兩個(gè)結(jié)果說(shuō)明該種材料用爐中加熱淬火，要將其淬火硬度達(dá)到＞45HRC是很困難的，也許只有材料的含碳量為上**才能勉強(qiáng)達(dá)到。然而感應(yīng)加熱淬火利用其“超硬”現(xiàn)象，達(dá)到了該螺栓的淬火硬度要求。

感應(yīng)淬火為什么能獲得“超硬”呢？感應(yīng)加熱時(shí)要使用大比功率，使加熱速度很快，由于奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，故可以達(dá)到較高的淬火溫度，然后再迅速而激烈低冷卻，獲得細(xì)小而大量存在“位錯(cuò)”的馬氏體，這種馬氏體將常規(guī)較高淬火硬度提高了2~3HRC。同樣由于這種馬氏體的存在，使淬火層產(chǎn)生**的壓應(yīng)力。低碳鋼零件利用感應(yīng)淬火的“超硬”現(xiàn)象，獲得**乎尋常的淬火硬度，并能其用于生產(chǎn)，因?yàn)榇慊鹩捕?5HRC左右的“低碳馬氏體”脆性較小，沖擊韌性尚好，再加上低碳鋼本身有良好地韌性，淬火開(kāi)裂的傾向很小，因此低碳鋼將感應(yīng)淬火的“超硬”現(xiàn)象用于實(shí)際生產(chǎn)是沒(méi)有后顧之憂的。

中碳鋼則不然。中碳鋼要利用感應(yīng)淬火的“超硬”現(xiàn)象是令人憂慮的，如前所述，獲得”超硬”的工藝條件，都是加大淬火裂紋傾向的條件，中碳鋼“超硬”，意味著淬火硬度要達(dá)到63~65HRC，這樣做會(huì)較大地增加了淬火裂紋的危險(xiǎn)性。

劉宗昌教授對(duì)這一情況有明確論述：低碳鋼淬火得到位錯(cuò)型的馬氏體，由于位錯(cuò)是可動(dòng)的，使該類馬氏體具有一定的塑性，因而斷裂韌性較高。……當(dāng)含碳量大于0.4%時(shí)，馬氏體的韌性降低了，變得硬而脆，即使經(jīng)過(guò)低溫回火，韌性亦較差。關(guān)于淬火裂紋與含碳量的關(guān)系可用圖4說(shuō)明之【7】。

圖4  淬裂與Ms點(diǎn)及含碳量的關(guān)系

圖4表示了水中淬火的鋼隨著含碳量地增加，其Ms點(diǎn)逐漸降低，而在含碳量為0.4%時(shí)，顯現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，即含碳量小于0.4%時(shí)不淬裂，大于0.4%時(shí)淬裂。為此中碳鋼感應(yīng)淬火即使有“超硬”現(xiàn)象，這一現(xiàn)象也是不好利用的。

感應(yīng)淬火的“超硬”現(xiàn)象，在大型零件感應(yīng)淬火時(shí)是不存在的，因?yàn)榇笮土慵袘?yīng)加熱時(shí)比功率不會(huì)很大，很難做到透入式加熱，不能造成很大的過(guò)熱度，上零件的加熱層比較深，內(nèi)部含熱量大，冷卻時(shí)熱量外傳，至使零件的表面冷卻速度降低，因而不能造就“超硬”現(xiàn)象。

歐美日等國(guó)的汽車零部件及工程機(jī)械零部件感應(yīng)淬火硬度的設(shè)計(jì)，不追求很高的硬度值，例如純承受磨損的變速叉、變速導(dǎo)塊、變速叉軸及輸出凸緣等多規(guī)定硬度為55~62HRC。支重輪、引導(dǎo)輪規(guī)定硬度為50~58HRC或者＞50HRC、承受扭矩及磨損的轎車半軸及車輪支架規(guī)定硬度為52~58HRC。歐美日廠家所以不追求很高的硬度值，就是擔(dān)心太高的硬度會(huì)有淬火裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。它們的硬度范圍的下限分別定為HRC 50、52、55, 也是十分可貴的，它為感應(yīng)熱處理廠家提供了規(guī)避淬火裂紋的余地。

合金元素加入對(duì)提高鋼的淬火硬度，不起作用。但合金元素的加入降低了淬火的臨界冷卻速度，增加了“淬透性”，即增加了淬火層的深度，進(jìn)而提高了零件的強(qiáng)度。為此重型汽車半軸淬火層要求7~11mm或者8~12mm，只能使用42CrMo鋼。


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