实验一钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系 一、实验目的 1、了解测定奥氏体晶粒度的常用方法。 2、掌握用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体品粒及用比较法评定品粒度。 3、研究加热温度对奥氏体品粒大小的影响。 二、实验原理 钢材加热到相变温度（临界点Ac1或Ac Acm)以上，形成奥氏体组织。由于钢种 加热温度和保温时间等因素的不同，所得到的奥氏体晶粒大小也不相同， 奥氏体品粒大小可用品粒直径(d)或单位面积中品粒数(n)等方法表示。为了方便， 生产上多采用晶粒度来表示品粒大小。奥氏体品粒的级别G与晶粒大小的关系是： n=2 式中 一放大100倍时每平方英寸(645mm2)面积内的平均品粒数目。 根据奥氏体形成过程和品粒长大的不 情况，奥氏体品粒度分为起始品粒度、实际品粒 度和本质晶粒 。起始晶粒度系指奥氏体 形成时晶粒的大小：实际晶粒度是钢材在某一 体热处理加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小：而本质晶粒度则是表示晶粒大小的一种尺 度，对钢来说，如不特别指明，品粒度一般是指奥氏体化后的实际品粒度。而实际品粒度主 要受加热温度和保温时间的影响。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越易长大粗大。 生产实践表明，钢材加热时形成的奥氏体晶粒大小，对冷却转变及对钢的力学性能与工 艺性能均有很大 列如粗大的奥氏体品粒冷 却后获 得粗大的转变产物 这种 物的塑 与韧性比细小的奥氏体晶粒转变产物差，而且其屈服点亦较细小奥氏体晶粒转变者为低。如 果奥氏体晶粒过分粗大，钢件在淬火时还易于变形和开裂。高碳锅加热时，如形成粗大的奥 氏体品粒，淬火后残余奥氏体将增多，致使刀具的硬度和耐磨性能降低。 另外，细晶粒度的板材易于冲压加工，可获得表面光洁的冲压件，而粗晶粒的板材冲压 时容易开裂，冲压成型后的表面亦比较粗糙。 品粒度是表示材料性能的重要指标，是评定钢材质量的主要依据之一，所以生产中常需 测定奥氏体晶粒大小，以保证产品质量。 钢中晶粒度的测定分为本质晶粒度和实际品粒度的测定。品粒度的测定包括两个步骤， 即品粒的显示和品粒尺寸的测定或评级。品粒的显示是品粒测定的先决条件，常用的显示方 去加下 (一)爽氏体晶粒的显示 1、奥氏体本质晶粒的显示 奥氏体本质品粒度是指在930士10℃，保温一定时间后的奥氏体晶粒大小，本质晶粒度 可以反映奥氏体晶粒长大倾向，根据它能正确估计零件经过热处理后晶粒的大小，从而评定 零件的力学性能。故在生产中常需要测定奥氏体本质晶粒度。由于奥氏体在冷却过程中可能 己发生相变，冷至室温时已不再是奥氏体组织，为显示处原奥氏体晶界，需采取以下 一些方 法。 (1)渗碳法渗碳体显示奥氏体晶粒，广泛应用于渗碳钢或含碳量≤0.6%的其它类型的 钢种。 本法系采用海避热处理方法，提高试样表面的含碳量，海碳后的试样表层为过共析成分 试样在渗碳后缓慢冷却过程中，先共析的渗碳体优先沿原奥氏体晶粒边界析出，勾划出了奥 氏体品粒
1 实验一 钢的奥氏体晶粒度与加热温度的关系 一、实验目的 1、了解测定奥氏体晶粒度的常用方法。 2、掌握用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体晶粒及用比较法评定晶粒度。 3、研究加热温度对奥氏体晶粒大小的影响。 二、实验原理 钢材加热到相变温度（临界点 AC1 或 AC3、ACm）以上，形成奥氏体组织。由于钢种、 加热温度和保温时间等因素的不同，所得到的奥氏体晶粒大小也不相同。 奥氏体晶粒大小可用晶粒直径（d）或单位面积中晶粒数（n）等方法表示。为了方便， 生产上多采用晶粒度来表示晶粒大小。奥氏体晶粒的级别 G 与晶粒大小的关系是： n=2G-1 式中 n——放大 100 倍时每平方英寸（645mm2）面积内的平均晶粒数目。 根据奥氏体形成过程和晶粒长大的不同情况，奥氏体晶粒度分为起始晶粒度、实际晶粒 度和本质晶粒度。起始晶粒度系指奥氏体刚形成时晶粒的大小；实际晶粒度是钢材在某一具 体热处理加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小；而本质晶粒度则是表示晶粒大小的一种尺 度，对钢来说，如不特别指明，晶粒度一般是指奥氏体化后的实际晶粒度。而实际晶粒度主 要受加热温度和保温时间的影响。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越易长大粗大。 生产实践表明，钢材加热时形成的奥氏体晶粒大小，对冷却转变及对钢的力学性能与工 艺性能均有很大影响。例如粗大的奥氏体晶粒冷却后获得粗大的转变产物，这种产物的塑性 与韧性比细小的奥氏体晶粒转变产物差，而且其屈服点亦较细小奥氏体晶粒转变者为低。如 果奥氏体晶粒过分粗大，钢件在淬火时还易于变形和开裂。高碳钢加热时，如形成粗大的奥 氏体晶粒，淬火后残余奥氏体将增多，致使刀具的硬度和耐磨性能降低。 另外，细晶粒度的板材易于冲压加工，可获得表面光洁的冲压件，而粗晶粒的板材冲压 时容易开裂，冲压成型后的表面亦比较粗糙。 晶粒度是表示材料性能的重要指标，是评定钢材质量的主要依据之一，所以生产中常需 测定奥氏体晶粒大小，以保证产品质量。 钢中晶粒度的测定分为本质晶粒度和实际晶粒度的测定。晶粒度的测定包括两个步骤， 即晶粒的显示和晶粒尺寸的测定或评级。晶粒的显示是晶粒测定的先决条件，常用的显示方 法如下。 （一）奥氏体晶粒的显示 1、奥氏体本质晶粒的显示 奥氏体本质晶粒度是指在 930±10℃，保温一定时间后的奥氏体晶粒大小，本质晶粒度 可以反映奥氏体晶粒长大倾向，根据它能正确估计零件经过热处理后晶粒的大小，从而评定 零件的力学性能。故在生产中常需要测定奥氏体本质晶粒度。由于奥氏体在冷却过程中可能 已发生相变，冷至室温时已不再是奥氏体组织，为显示处原奥氏体晶界，需采取以下一些方 法。 (1) 渗碳法 渗碳体显示奥氏体晶粒，广泛应用于渗碳钢或含碳量≤0.6%的其它类型的 钢种。 本法系采用渗碳热处理方法，提高试样表面的含碳量，渗碳后的试样表层为过共析成分。 试样在渗碳后缓慢冷却过程中，先共析的渗碳体优先沿原奥氏体晶粒边界析出，勾划出了奥 氏体晶粒
为了在黑灰色珠光体组织的背景上显露出亮的碳化物（渗碳体）网，常选用下列浸蚀剂 腐蚀试样。 1)3%一4%硝酸酒精溶液，晶界呈现白色网状碳化物 2)5%苦味酸酒精溶液 ,晶界亦呈现白色网状碳化物 3)沸腾的碱性苦味酸钠水溶液：苦味酸2g、氢氧化钠25g、水100mL,腐蚀时间为10一 25min.品界网状碳化物导现里鱼。 本方法对碳化物形成元素过多的钢，由于难以形成完整的碳化物网络，故不宜采用。 (2)氧化法将预测品粒度的钢试样，加热到奥氏体状态，保温一定时间，使试样表面 受到氧化，由】 晶界比晶内具有根大的化学活性，故奥氏体晶界较晶粒内部更易于氧化。 地保温可使晶界发生氧化，而晶粒内部不受影响，故使奥氏体晶粒得以清晰地显示，氧化 法主要有气氛氧化法和熔盐氧化腐蚀法，其中以气氛氧化法较为简便，应用最多。 1)气氛氧化法。将试样两段面先用细砂纸磨光和抛光制成金相试样，然后将试样的抛 光面向上抟入预先加热到860土10℃的具有氧化性气氛炉中（普通空气炉）加热，并在该温 度保温山，试样在加热和保温过程中暴露氧化 待试样保温后出炉水冷。水冷是为了避免 铁素体呈块状析出，以防铁素体晶界与奥氏体晶界相混，造成误评。 再将水冷后的试样仔细研磨和抛光，使晶粒表面的氧化膜几乎完全磨去，而晶界处的氧 化物只部分被磨掉，在显微镜下，借助品界处的黑色氧化物即可显示出高温时的奥氏体晶粒 大小。如用15%盐酸酒精溶液或2%一4%硝酸酒精溶液浸蚀试样磨面，则所形成的黑灰色网 将显露得到更为清楚。选择试样的奥氏体晶界轻微氧化或轻度脱碳区域观察晶粒度时，沿 氧 了的奥氏 体 界形成槽形凹沟，可在显微镜下清晰地聚焦成线状 它与真实的奥氏体 品粒度最为接近。 奥氏体晶粒显示的结果是否清渐准确，关键在于试样冷却后的研磨与抛光。研磨过少， 只能看到氧化膜而看不到晶界，研磨过多，则可能将氧化晶界全部磨掉，这样就无法观测奥 体品特大小，因此应正格制研璃量 此法的缺点 是所显示的往往为保温初期的奥氏体晶粒大小 2)熔盐氧化腐蚀法。将制备好的金相试样，放入预先加热至930士10℃不氧化的碳酸 纳盐浴、硼砂槽或其它盐浴中加热，保温3h后，再转入成分为BaCl21/3+NaCI1/3+CaCI1/3(重 量比)未经脱氧的盐浴中进行腐蚀，腐蚀温度为930土10℃，腐蚀时间为2~5mi,腐蚀后的 试样在煤油后的试样在煤油中冷却，然后用冷水洗净、酒精冲洗吹干，经适宜的抛光，在显 微镜 放大100 。如氧化网络 可用4%苦味酸酒精溶液浸蚀 氧化法适用于显示各种钢的奥氏体本质晶粒度、尤以中碳钢及中碳合金钢为宜 (3)网状铁素体法此方法仅适用于亚共析钢，对中碳调质碳素钢较为合适，而对某些 亚共析合金钢，即使在很小的冷却速度下，铁素体也不呈网状，故此法不宜选用。 将欲测试样加热含C%≤035时为900±10℃，保温300min,当C%>035时，为86d 410℃.保温30m 水冷或空冷，在冷却过程中，当通过临界温度区域时，先共析铁素体优 先沿奥氏体品粒 边界析 状分 品粒内 为珠光份 除去样衣 面 根据围绕 奥氏体品粒周围的网状铁素体测定钢的本质品粒度。对接近共析成分的亚共析钢，在奥氏付 化后，可预先缓慢冷却至700一730C,等温保持十几分钟后在空冷到室温，也可得到明显 的铁素体网。 网状铁素体法显示奥氏体品拉的浸冲剂，可采用3%4%硝酸酒褚溶液或苦味酸酒精落 液，腐蚀后品界呈白色网状铁素体 冷却速度是决定铁素体网勾划出奥氏体晶界质量好坏的关健，如果冷却速度过快，铁素 体网未能布满奥氏体品界，易产生奥氏体品粒过大的错觉：若冷却太慢，铁素体堆积成块状， 也难以显示出奥氏体晶界。所以对不同钢种的冷却速度，应通过多次试验选择确定。 2
2 为了在黑灰色珠光体组织的背景上显露出亮的碳化物（渗碳体）网，常选用下列浸蚀剂 腐蚀试样。 1）3%～4%硝酸酒精溶液，晶界呈现白色网状碳化物。 2）5%苦味酸酒精溶液，晶界亦呈现白色网状碳化物。 3）沸腾的碱性苦味酸钠水溶液：苦味酸 2g、氢氧化钠 25g、水 100mL，腐蚀时间为 10～ 25min，晶界网状碳化物呈现黑色。 本方法对碳化物形成元素过多的钢， 由于难以形成完整的碳化物网络，故不宜采用。 (2) 氧化法 将预测晶粒度的钢试样，加热到奥氏体状态，保温一定时间，使试样表面 受到氧化，由于晶界比晶内具有根大的化学活性，故奥氏体晶界较晶粒内部更易于氧化。适 当地保温可使晶界发生氧化，而晶粒内部不受影响，故使奥氏体晶粒得以清晰地显示，氧化 法主要有气氛氧化法和熔盐氧化腐蚀法，其中以气氛氧化法较为简便，应用最多。 1）气氛氧化法。将试样两段面先用细砂纸磨光和抛光制成金相试样，然后将试样的抛 光面向上装入预先加热到 860±10℃的具有氧化性气氛炉中（普通空气炉）加热，并在该温 度保温 1h。试样在加热和保温过程中暴露氧化，待试样保温后出炉水冷。水冷是为了避免 铁素体呈块状析出，以防铁素体晶界与奥氏体晶界相混淆，造成误评。 再将水冷后的试样仔细研磨和抛光，使晶粒表面的氧化膜几乎完全磨去，而晶界处的氧 化物只部分被磨掉，在显微镜下，借助晶界处的黑色氧化物即可显示出高温时的奥氏体晶粒 大小。如用 15%盐酸酒精溶液或 2%～4%硝酸酒精溶液浸蚀试样磨面，则所形成的黑灰色网 络将显露得到更为清楚。选择试样的奥氏体晶界轻微氧化或轻度脱碳区域观察晶粒度时，沿 氧化了的奥氏体晶界形成槽形凹沟，可在显微镜下清晰地聚焦成线状，它与真实的奥氏体本 质晶粒度最为接近。 奥氏体晶粒显示的结果是否清晰准确，关键在于试样冷却后的研磨与抛光。研磨过少， 只能看到氧化膜而看不到晶界，研磨过多，则可能将氧化晶界全部磨掉，这样就无法观测奥 氏体晶粒大小，因此应严格控制研磨量。 此法的缺点是所显示的往往为保温初期的奥氏体晶粒大小。 2）熔盐氧化腐蚀法。将制备好的金相试样，放入预先加热至 930±10℃不氧化的碳酸 钠盐浴、硼砂槽或其它盐浴中加热，保温3h后，再转入成分为BaCl2 1/3+NaCl 1/3+CaCl 1/3(重 量比)未经脱氧的盐浴中进行腐蚀，腐蚀温度为 930±10℃，腐蚀时间为 2～5min，腐蚀后的 试样在煤油后的试样在煤油中冷却，然后用冷水洗净、酒精冲洗吹干，经适宜的抛光，在显 微镜下放大 100 倍进行观察。如氧化网络不清晰时，可用 4%苦味酸酒精溶液浸蚀。 氧化法适用于显示各种钢的奥氏体本质晶粒度、尤以中碳钢及中碳合金钢为宜。 (3) 网状铁素体法 此方法仅适用于亚共析钢，对中碳调质碳素钢较为合适，而对某些 亚共析合金钢，即使在很小的冷却速度下，铁素体也不呈网状，故此法不宜选用。 将欲测试样加热含 C%≤0.35 时为 900±10℃，保温 300min，当 C%＞0.35 时，为 860 ±10℃，保温 30min 水冷或空冷，在冷却过程中，当通过临界温度区域时，先共析铁素体优 先沿奥氏体晶粒边界析出，呈网状分布，晶粒内部为珠光体。除去试样表面层，根据围绕在 奥氏体晶粒周围的网状铁素体测定钢的本质晶粒度。对接近共析成分的亚共析钢，在奥氏体 化后，可预先缓慢冷却至 700～730℃，等温保持十几分钟后在空冷到室温，也可得到明显 的铁素体网。 网状铁素体法显示奥氏体晶粒的浸蚀剂，可采用 3%～4%硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶 液，腐蚀后晶界呈白色网状铁素体。 冷却速度是决定铁素体网勾划出奥氏体晶界质量好坏的关键，如果冷却速度过快，铁素 体网未能布满奥氏体晶界，易产生奥氏体晶粒过大的错觉；若冷却太慢，铁素体堆积成块状， 也难以显示出奥氏体晶界。所以对不同钢种的冷却速度，应通过多次试验选择确定
(4)网状参碳体法活用于过共析钢的奥氏体品粒的显示。将试样加热到820土10℃ 保温30一60mm后，炉冷到600℃（冷却速度约80一100℃h)出炉，以保证渗碳体呈网状 分布。除去试样表面氧化层 成金相试样 一4%硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液 蚀，此时晶界网状碳化物呈现白色。根据碳化物沿奥氏体晶界析出的网络。测定钢的奥氏体 品粒度，品粒内部是珠光体。 (⑤)网状珠光体法（一端淬火法）适用于淬透性较低的碳素钢和低合金钢以及不能获 得完整铁素体或渗碳体网的钢。如含碳量接近共析成分的钢。 验时 可采用中20mm×40mm的圆柱形试样，现将试样加热到900±10℃，保温1h 然后自炉中取出，一端淬入水中冷却（约入水1/B~25长度），冷却时不要上下运动，只可 水平移动：试样另 一端在空气中冷却。由于试样从下端之上端冷却速度逐渐减小，因而沿轴 向的组织依次由马氏体向珠光体过渡.经过这样处理的试样，沿纵向磨去约2~3mm厚以后， 制成金相试样，在淬硬与未淬硬的过渡区，则可以找到黑色届氏体优先沿奥氏体晶界析出的 区域。在屈氏体网所包围的内部则为灰白色的马氏体。根据黑色屈氏体网，可以测定钢的品 粒度，所用浸蚀剂 网状铁素体法相同 (6)化学试剂腐蚀法 此方法分为直接腐蚀法和马氏体腐蚀法。 1)直接腐蚀法。将试样加热到900士10℃，保温1h后水冷淬火，获得马氏体和贝氏体 组织，有的钢种还需经过一定温度的回火。除去试样表面脱碳层和氧化层，制成金相试样， 洗用具有品列洗择性腐冲的培冲剂浸蚀，使原蜘氏体组织品界变里，而基体组织度蚀轻微 从而直接显现奥氏体晶粒 本法适用于合金化高的能直接淬硬的，如高淬透性的铬镍钼钢等 直接显现奥氏体晶界的腐蚀剂成分与使用条件是： ①含有0.5%~1%烷基苯碘酸钠100mL饱和苦味酸水溶液（亦可用合成洗衣粉代替烷 基苯磺酸钠)：浸纯时间依温度不同(2070℃)，可选用0.5mn至3h,由试验确定。如再 向此腐蚀剂中加少量医用消毒剂新洁尔灭，则能更好控制腐蚀，使样品更加清 ②含有0.1~0.15g十二醇硫酸钠的100mL饱和苦味酸水溶液，加热到30C,浸蚀约 100min即可。 上述两种腐蚀剂都可抑制马氏体组织出现，促使奥氏体晶界的显示。 采用直接腐蚀法显示奥氏体晶粒的常用钢种热处理工艺列于表1-1。 表1-1直接显示奥氏体晶粒的热处理工艺 钢号 淬火工艺 回火工艺 12CrNi3A 930℃，保温1.5-3h水冷 不经回火 12Cr2Ni4A 20CENi3A 40Cr或45C 60碳钢 38CrMoAIA 930℃，保温1.5~3h水冷 200~250℃，保温15~30min空冷 18Cr2Ni4WA 4000℃保温30min空冷 40CrNiMoA 930℃，保温1.5一3h油冷 不经回火 18CrMnTi 38CrA 30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A 930℃，保温1.5~3h水冷500℃保温300min空冷 30CrMnNi2MoA 600℃保温300min空冷
3 (4) 网状渗碳体法 适用于过共析钢的奥氏体晶粒的显示。将试样加热到 820±10℃， 保温 30～60min 后，炉冷到 600℃（冷却速度约 80～100℃/h）出炉，以保证渗碳体呈网状 分布。除去试样表面氧化层，制成金相试样，用 3%～4%硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液浸 蚀，此时晶界网状碳化物呈现白色。根据碳化物沿奥氏体晶界析出的网络。测定钢的奥氏体 晶粒度，晶粒内部是珠光体。 (5) 网状珠光体法（一端淬火法） 适用于淬透性较低的碳素钢和低合金钢以及不能获 得完整铁素体或渗碳体网的钢。如含碳量接近共析成分的钢。 实验时，可采用Φ 20mm×40mm 的圆柱形试样，现将试样加热到 900±10℃，保温 1h， 然后自炉中取出，一端淬入水中冷却（约入水 1/3～2/5 长度），冷却时不要上下运动，只可 水平移动；试样另一端在空气中冷却。由于试样从下端之上端冷却速度逐渐减小，因而沿轴 向的组织依次由马氏体向珠光体过渡。经过这样处理的试样，沿纵向磨去约 2～3mm 厚以后， 制成金相试样，在淬硬与未淬硬的过渡区，则可以找到黑色屈氏体优先沿奥氏体晶界析出的 区域。在屈氏体网所包围的内部则为灰白色的马氏体。根据黑色屈氏体网，可以测定钢的晶 粒度，所用浸蚀剂与网状铁素体法相同。 (6) 化学试剂腐蚀法 此方法分为直接腐蚀法和马氏体腐蚀法。 1）直接腐蚀法。将试样加热到 900±10℃，保温 1h 后水冷淬火，获得马氏体和贝氏体 组织，有的钢种还需经过一定温度的回火。除去试样表面脱碳层和氧化层，制成金相试样， 选用具有强烈选择性腐蚀的腐蚀剂浸蚀，使原奥氏体组织晶界变黑，而基体组织腐蚀轻微， 从而直接显现奥氏体晶粒。 本法适用于合金化高的能直接淬硬的钢，如高淬透性的铬镍钼钢等。 直接显现奥氏体晶界的腐蚀剂成分与使用条件是： ① 含有 0.5%～1%烷基苯碘酸钠 100mL 饱和苦味酸水溶液（亦可用合成洗衣粉代替烷 基苯磺酸钠）；浸蚀时间依温度不同（20～70℃），可选用 0.5min 至 3h，由试验确定。如再 向此腐蚀剂中加少量医用消毒剂新洁尔灭，则能更好控制腐蚀，使样品更加清晰。 ② 含有 0.1～0.15g 十二醇硫酸钠的 100mL 饱和苦味酸水溶液，加热到 30℃，浸蚀约 100min 即可。 上述两种腐蚀剂都可抑制马氏体组织出现，促使奥氏体晶界的显示。 采用直接腐蚀法显示奥氏体晶粒的常用钢种热处理工艺列于表 1-1。 表 1-1 直接显示奥氏体晶粒的热处理工艺 钢号 淬火工艺 回火工艺 12CrNi3A 930℃，保温 1.5～3h 水冷 不经回火 12Cr2Ni4A 20CrNi3A 40Cr 或 45Cr 60 碳钢 38CrMoAlA 930℃，保温 1.5～3h 水冷 200～250℃,保温 15～30min 空冷 18Cr2Ni4WA 4000℃保温 30min 空冷 40CrNiMoA 930℃，保温 1.5～3h 油冷 不经回火 18CrMnTi 38CrA 30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A 930℃，保温 1.5～3h 水冷 500℃保温 300min 空冷 30CrMnNi2MoA 600℃保温 300min 空冷
2)马氏体腐蚀法。适用于淬火是得到马氏体的钢。先将试样加热到930℃，保温3劲后 淬火得到马氏体，然后再进行150~250℃，15min短时间回火，以增加衬度，选用适当腐蚀 剂浸蚀。由于原始奥氏体各品粒位向不同，则各晶粒间马氏体被腐蚀的深浅亦不同。借此衬 度颜色差异而显示出奥氏体晶粒大小，为得到清晰的组织，可重复进行抛光和腐蚀， 此法腐蚀剂可用：1g苦味酸+5mL盐酸+100mL酒精或1g氯化铁+1.5mL盐酸+100ml 酒结。 马氏体腐蚀法对粗大奥氏体品粒较为有效，但对细品粒奥氏体以及钢中存在带状和树枝 状偏析腐蚀时会出现混杂图形，影响正确测定 另外，还有真空法 高温金相法和氧气脱碳法等，但因测试条件所限，尚未普遍应用 如选用时，可参阅有关资料 2、实际晶粒度的显示 测定实际品粒度时，试样直接在交货状态的钢材或零件上切取。在切取及制备试样过程 中，应避免冷、热加工的影响。试样一般不经任何预先热处理直接测定。制备好的试样用活 合的腐蚀剂浸蚀而显示晶粒。但这种方法因钢的种类、化学成分及状态的不同，其效果亦有 所不同 应根据试验实践选择确定。 对结构钢淬火和调质状态的原奥氏体晶粒的显示，常用的腐蚀剂为： (1)饱和苦味酸水溶液。 2)结品苦味酸4g,水100mL,加热至沸腾，浸蚀时间约15一20s 3)饱和苦味酸水溶液一海鸣牌洗净剂混合试剂：饱和苦味酸水溶液100mL加海鸥 洗净剂1g (4)饱和苦味酸水溶液加少量新洁尔灭。 (⑤)10%苦味酸乙醚溶液加盐酸1~2mL。 对于结构钢，在正火和退火后，还常测定其铁素体晶粒度。其方法是将试样研磨抛光后， 以5%的消酸酒精溶液腐仲约15s后讲行观密，并与铁素体标准级别图相比较来平定品特度】 大多数钢种淬火回火态的原奥氏晶粒的显示，以苦味酸为基的试剂较适宜。试剂成 分为 饱和苦味酸水溶液100mL+洗净剂10mL+酸（微量） 对不同钢种和不同热处理状态的原奥氏体晶粒的显示，只要适当改换微最酸的种类（盐 酸、硝酸和磷酸等)和调整微量酸的加入量(5~10滴)就可获得良好的效果。 高速钢淬火后一般均需测定奥氏体品粒度，以间接考察马氏体针的粗细，作为判定淬少 加热温度高低和工具热处理质量的主要依据，从而控制合适的淬火温度。另外，分析高速钢 成品刀具或进行缺陷分析时，还需要检验回火后的品粒度。 高速钢奥氏体品界可用4%硝酸酒精溶液或表12所列试剂浸蚀显示，然后按品粒度评 级标准图依不同产品和材料，确定不同的晶粒度要求。 表12高速钢品粒显示试剂 成分(%) 编号 饱和苦味酸水溶液 浓硝酸 浓盐酸 乙醇 甲醇 海鸣洗净剂 15 1 10 30 59.5 0.5 20 10 30 40 注：1号试剂可用以显示淬火、回火后的晶界和马氏体形态：Ⅱ号试剂可用以显示淬火、回
4 2）马氏体腐蚀法。适用于淬火是得到马氏体的钢。先将试样加热到 930℃，保温 3h 后 淬火得到马氏体，然后再进行 150～250℃，15min 短时间回火，以增加衬度，选用适当腐蚀 剂浸蚀。由于原始奥氏体各晶粒位向不同，则各晶粒间马氏体被腐蚀的深浅亦不同。借此衬 度颜色差异而显示出奥氏体晶粒大小，为得到清晰的组织，可重复进行抛光和腐蚀。 此法腐蚀剂可用：1g 苦味酸+5mL 盐酸+100mL 酒精或 1g 氯化铁+1.5mL 盐酸+100mL 酒精。 马氏体腐蚀法对粗大奥氏体晶粒较为有效，但对细晶粒奥氏体以及钢中存在带状和树枝 状偏析腐蚀时会出现混杂图形，影响正确测定。 另外，还有真空法、高温金相法和氢气脱碳法等，但因测试条件所限，尚未普遍应用。 如选用时，可参阅有关资料。 2、实际晶粒度的显示 测定实际晶粒度时，试样直接在交货状态的钢材或零件上切取。在切取及制备试样过程 中，应避免冷、热加工的影响。试样一般不经任何预先热处理直接测定。制备好的试样用适 合的腐蚀剂浸蚀而显示晶粒。但这种方法因钢的种类、化学成分及状态的不同，其效果亦有 所不同。应根据试验实践选择确定。 对结构钢淬火和调质状态的原奥氏体晶粒的显示，常用的腐蚀剂为： (1) 饱和苦味酸水溶液。 (2) 结晶苦味酸 4g，水 100mL，加热至沸腾，浸蚀时间约 15～20s (3) 饱和苦味酸水溶液—海鸥牌洗净剂混合试剂：饱和苦味酸水溶液 100mL 加海鸥牌 洗净剂 1g。 (4) 饱和苦味酸水溶液加少量新洁尔灭。 (5) 10%苦味酸乙醚溶液加盐酸 1～2 mL。 对于结构钢，在正火和退火后，还常测定其铁素体晶粒度。其方法是将试样研磨抛光后， 以 5%的硝酸酒精溶液腐蚀约 15s 后进行观察，并与铁素体标准级别图相比较来评定晶粒度。 对于大多数钢种淬火回火态的原奥氏晶粒的显示，以苦味酸为基的试剂较适宜。试剂成 分为： 饱和苦味酸水溶液 100mL+洗净剂 10mL+酸（微量） 对不同钢种和不同热处理状态的原奥氏体晶粒的显示，只要适当改换微量酸的种类（盐 酸、硝酸和磷酸等）和调整微量酸的加入量（5～10 滴）就可获得良好的效果。 高速钢淬火后一般均需测定奥氏体晶粒度，以间接考察马氏体针的粗细，作为判定淬火 加热温度高低和工具热处理质量的主要依据，从而控制合适的淬火温度。另外，分析高速钢 成品刀具或进行缺陷分析时，还需要检验回火后的晶粒度。 高速钢奥氏体晶界可用 4%硝酸酒精溶液或表 1-2 所列试剂浸蚀显示，然后按晶粒度评 级标准图依不同产品和材料，确定不同的晶粒度要求。 表 1-2 高速钢晶粒显示试剂 编号 成分（%） 饱和苦味酸水溶液 浓硝酸 浓盐酸 乙醇 甲醇 海鸥洗净剂 Ⅰ 15 1 25 50 —— —— Ⅱ —— 10 30 59.5 —— 0.5 Ⅲ 20 10 30 —— 40 —— 注：Ⅰ号试剂可用以显示淬火、回火后的晶界和马氏体形态；Ⅱ号试剂可用以显示淬火、回
火后的品界：Ⅲ号试剂可用以显示淬火、回火后的品界，深腐使可显示马氏体形态。 如果切取及制备试样，借腐蚀直接观察难以分辨品粒边界，无法测定原奥氏体晶粒大小 时 试样可经适当热处理后再进行测定，具体试验方法可按有关规定进行 二)奥氏体晶粒度的评定 奥氏体品粒度的评定，有比较法和截点法两种，一般多采用比较法。 1、比较法 比较法评定晶粒大小是通过与标准评级图相比较来确定晶粒度级别的。图11是钢的晶 粒度标准级别图 选用此法测定晶粒度时，是先将制备好的试样在放大100倍的显微镜下全面观察晶粒 然后选择晶粒度具有代表性的视场与标准级别图比较，当二者大小相同时，试样的晶粒度就 是标准级别图上所标定的级别。如试样晶粒大小不均匀时，若占优势品粒所占面积不少于 视场的90%时，则可记录些一种品粒的级别数，否则应用不同级别来表示该钢的品粒度 其中一个级别代表占优势的品粒级别，例如8级(75%)，4级(25%)等。 当钢的品粒过大或过小 而用100倍的放大倍数不方便时，可改用其它放大倍数观察和 评定，然后按照表1-3的关系换算成100倍下的标准级别。 表1-3常用放大倍数下品粒度级别数间关系表 图像的放 与标准评级图编号等同图像的品粒度级别 大倍数 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7 No.8 No.9 No.10 25 -6 8 3 4 6 50 6 7 100 10 200 3 11 12 400 5 6 11 13 14 800 7 9 10 12 13 15 16 钢的品粒府标准平级是将钢中品粒府分为8级，其中1~4级的属知品粒。5一8级的为 细品粒，8级以上称为超细品粒 比较法评定晶粒度简便迅速，但不够准确。 2、减点法 当品粒度测量准确性要求较高或品粒为椭圆形时，一般采用截点法。 1)等轴品粒计算法当欲测定的奥氏体品粒基本上是等轴时，可先进行初步观察，以 确定晶粒的均匀程度，然后选择有代表性的部位和适合的放大倍数。测定时先用100倍观察 当品粒过大或过小时 可适当缩小或放大显微镜倍数，以在80mm视场直径内不少 50个 晶粒为限，再将所选定部位的图像投影在毛玻璃上，计算与一条直线相交截的晶粒数目（截 点数)，直线要有足够长度(L),以使与直线相交截的截点数目不少于10个，计算时，直 线端部未被完全交截的品粒应以一个品粒计算之。选择三条以上不同部位的直线来计算相截 的截点数。用相截的截点总数(Z)除所选用的直线总长度（实际长度以mm计），得出弦 的平均长度】 (mm） 再以弦的平均长度值根据晶粒级别对照表，便可确定钢的晶粒度。 弦的平均长度为： nL d= (Z+Z+Z)M
5 火后的晶界；Ⅲ号试剂可用以显示淬火、回火后的晶界，深腐蚀可显示马氏体形态。 如果切取及制备试样，借腐蚀直接观察难以分辨晶粒边界，无法测定原奥氏体晶粒大小 时，试样可经适当热处理后再进行测定，具体试验方法可按有关规定进行。 （二）奥氏体晶粒度的评定 奥氏体晶粒度的评定，有比较法和截点法两种，一般多采用比较法。 1、比较法 比较法评定晶粒大小是通过与标准评级图相比较来确定晶粒度级别的。图 1-1 是钢的晶 粒度标准级别图。 选用此法测定晶粒度时，是先将制备好的试样在放大 100 倍的显微镜下全面观察晶粒， 然后选择晶粒度具有代表性的视场与标准级别图比较，当二者大小相同时，试样的晶粒度就 是标准级别图上所标定的级别。 如试样晶粒大小不均匀时，若占优势晶粒所占面积不少于 视场的 90%时，则可记录些一种晶粒的级别数，否则应用不同级别来表示该钢的晶粒度， 其中一个级别代表占优势的晶粒级别，例如 8 级（75%），4 级（25%）等。 当钢的晶粒过大或过小，而用 100 倍的放大倍数不方便时，可改用其它放大倍数观察和 评定，然后按照表 1-3 的关系换算成 100 倍下的标准级别。 表 1-3 常用放大倍数下晶粒度级别数间关系表 图像的放 大倍数 与标准评级图编号等同图像的晶粒度级别 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7 No.8 No.9 No.10 25 -6 -2 -1 0 1 8 3 4 5 6 50 -1 0 1 2 3 4 7 6 7 8 100 1 2 3 4 5 6 5 8 9 10 200 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 400 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 800 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 钢的晶粒度标准评级是将钢中晶粒度分为 8 级，其中 1～4 级的属粗晶粒，5～8 级的为 细晶粒，8 级以上称为超细晶粒。 比较法评定晶粒度简便迅速，但不够准确。 2、截点法 当晶粒度测量准确性要求较高或晶粒为椭圆形时，一般采用截点法。 (1) 等轴晶粒计算法 当欲测定的奥氏体晶粒基本上是等轴时，可先进行初步观察，以 确定晶粒的均匀程度，然后选择有代表性的部位和适合的放大倍数。测定时先用 100 倍观察， 当晶粒过大或过小时，可适当缩小或放大显微镜倍数，以在 80mm 视场直径内不少于 50 个 晶粒为限，再将所选定部位的图像投影在毛玻璃上，计算与一条直线相交截的晶粒数目（截 点数），直线要有足够长度（L），以使与直线相交截的截点数目不少于 10 个，计算时，直 线端部未被完全交截的晶粒应以一个晶粒计算之。选择三条以上不同部位的直线来计算相截 的截点数。用相截的截点总数（Z）除所选用的直线总长度（实际长度以 mm 计），得出弦 的平均长度 a（mm），再以弦的平均长度值根据晶粒级别对照表，便可确定钢的晶粒度。 弦的平均长度为： 1 2 3 nL d (Z Z Z )M
式中M一显微镜的放大倍数。 截点法也可在带有目镜测微尺的显微镜下，通过平行移动视场直接观察计数，一般也是 测Z个品粒的总长度，再求弦的平均长度(a) (2)非等轴晶粒计算法 沿试样的三轴线分别计算出各轴线方向每1mm长度的平均节 点数量。每一轴线方向的平均截点数，必须在不少于三条直线下求得。 由试样的三个轴线方向得出每1mm长度的平均截点数量值，按下式计算出每1mm'内 平均截点数。 N=0.7n数nn# 式中 一每1mm内平均截点数 纵向上每1mm长度平均截点数 n一横向上每1mm长度平均截点数： n 一横向上每1mm长度平均截点数： 07 一品粒扁圆度系数。 由上式计算出值，根据晶粒级别对照表确定钢的晶粒度。 三、实验设备及材料 根据实验所采用的测定奥氏体晶粒度的方法，选用所需要的设备和材料。 1、中温和高温热处理加热炉。 2、金相显微锫（配有日培测微尺）。 3、制备金相试样所需物品：砂轮机、抛光机、砂纸、腐蚀剂(2%~4%硝酸酒桔溶液 或饱和苦味酸水溶液)等。 4、晶粒度标准级别图。 5、试验钢材：20CrNi3A、40Cr、45钢或T8、T12、CrWMn等钢。 试样尺寸：圆形试样中10~20mm×15mm,或矩形试样10mm×10mm×20mm
6 式中 M——显微镜的放大倍数。 截点法也可在带有目镜测微尺的显微镜下，通过平行移动视场直接观察计数，一般也是 测 Z 个晶粒的总长度，再求弦的平均长度（a）。 (2) 非等轴晶粒计算法 沿试样的三轴线分别计算出各轴线方向每 1mm 长度的平均节 点数量。每一轴线方向的平均截点数，必须在不少于三条直线下求得。 由试样的三个轴线方向得出每 1mm 长度的平均截点数量值，按下式计算出每 1mm3内 平均截点数。 N=0.7n 纵 n 横 n 法 式中 n——每 1mm3 内平均截点数； n 纵——纵向上每 1mm 长度平均截点数； n 横——横向上每 1mm 长度平均截点数； n 法——横向上每 1mm 长度平均截点数； 0.7——晶粒扁圆度系数。 由上式计算出 n 值，根据晶粒级别对照表确定钢的晶粒度。 三、实验设备及材料 根据实验所采用的测定奥氏体晶粒度的方法，选用所需要的设备和材料。 1、中温和高温热处理加热炉。 2、金相显微镜（配有目镜测微尺）。 3、制备金相试样所需物品：砂轮机、抛光机、砂纸、腐蚀剂（2%～4%硝酸酒精溶液 或饱和苦味酸水溶液）等。 4、晶粒度标准级别图。 5、试验钢材：20CrNi3A、40Cr、45 钢或 T8、T12、CrWMn 等钢。 试样尺寸：圆形试样Φ 10～20mm×15mm，或矩形试样 10mm×10mm×20mm
6 图1-1晶粒度标准级别图 四、实验内容及步骤 采用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体品粒，并用比较法或计算法评定品粒度级别 同时验证加热温度对奥氏体晶粒大小的影响。实验步骤如下： (一)分组 试验人员按不同加热温度分成若干组，试样的加热温度为： 850℃、900℃、930C、950℃、1000℃、1100℃等. (二)试样奥氏体晶粒的显示 进行测定奥氏体品粒度时，先选用下列一种方法显示出奥氏体晶粒 1、氧化法 ()每人取试样一块、将其两端面研磨并抛光，制成金相磨片。 (2)将制备好的试样，分别放置于加热到上述规定温度的热处理炉中，试样磨面向上， 并应使加热和氧化均匀一致。试样在指定温度保温30mn后，取出放入水中冷却。 (3)将冷却后的试样磨面在04号砂纸上仔细研磨 ,待磨面磨至大部分发亮时，进行抛 光。为找到一个合适的评级区域，可将试样研磨抛光成一个倾斜面(10°~15°)。有时还可 配合显微镜观察，控制研磨量。 (4)试样抛光后，若晶界显示不清晰时，可采用浸蚀剂将试样磨面适度浸蚀，使可清晰 地显示出奥氏体品界网络。 2、直接腐蚀法 ()选用20CNi3A或40Cr等钢制成中10mm×10~20mm圆形（或矩形）试样。 (2)先将试样放入规定温度的热处理炉中加热，加热到温后保温30m,然后迅速淬入 水中冷却，以获得马氏体组织。 (③)淬火后的试样，磨去脱碳层制成金相试样，选用含有05%~1%烷基苯磺酸盐的
7 图 1-1 晶粒度标准级别图 四、实验内容及步骤 采用氧化法或直接腐蚀法显示钢的奥氏体晶粒，并用比较法或计算法评定晶粒度级别。 同时验证加热温度对奥氏体晶粒大小的影响。实验步骤如下： （一）分组 试验人员按不同加热温度分成若干组，试样的加热温度为： 850℃、900℃、930℃、950℃、1000℃、1100℃等。 （二）试样奥氏体晶粒的显示 进行测定奥氏体晶粒度时，先选用下列一种方法显示出奥氏体晶粒。 1、氧化法 (1) 每人取试样一块、将其两端面研磨并抛光，制成金相磨片。 (2) 将制备好的试样，分别放置于加热到上述规定温度的热处理炉中，试样磨面向上， 并应使加热和氧化均匀一致。试样在指定温度保温 30min 后，取出放入水中冷却。 (3) 将冷却后的试样磨面在 04 号砂纸上仔细研磨，待磨面磨至大部分发亮时，进行抛 光。为找到一个合适的评级区域，可将试样研磨抛光成一个倾斜面（10º～15º）。有时还可 配合显微镜观察，控制研磨量。 (4) 试样抛光后，若晶界显示不清晰时，可采用浸蚀剂将试样磨面适度浸蚀，便可清晰 地显示出奥氏体晶界网络。 2、直接腐蚀法 (1) 选用 20CrNi3A 或 40Cr 等钢制成Φ 10mm×10～20mm 圆形（或矩形）试样。 (2) 先将试样放入规定温度的热处理炉中加热，加热到温后保温 30min，然后迅速淬入 水中冷却，以获得马氏体组织。 (3) 淬火后的试样，磨去脱碳层制成金相试样，选用含有 0.5%～1%烷基苯磺酸盐的
100mL苦味酸饱和溶液等腐蚀剂浸蚀，由于晶粒边界被腐蚀变黑，依次测定奥氏体晶粒度。 腐蚀时间根据试验条件经试验确定。配置腐蚀剂时，应者沸和充分溶解 ④为获得更清晰光亮的组织，试样可经二次或三次腐蚀抛光重复进行，或向腐蚀剂叶 加少量新结尔灭，或将腐蚀剂加热到50一60℃后腐蚀均可。 3、网状铁素体法 采用网状铁素体显示亚共析钢的奥氏体晶粒，其热处理条件与氧化法相同，但是试样预 先不需研磨。在加热过程中应防止氧化，冷却速度应依次不同钢种恰当选择。通常对低碳钢 可选用油冷，中碳钢选用空冷，中碳合金钢选炉冷。 (三)评级 待奥氏体晶粒显示后，即可根据试验条件和需要，采用比较法或计算法评定试验钢材（试 样)奥氏体晶粒度级别。 五、实验报告要求 1、写出对实验目的及所选用奥氏体晶粒显示和评级方法原理的简要叙述。 2、记录及画表格列出全组（或全班）实验结果并确定本实验用钢奥氏体品粒度级别。 3、绘出实验用钢（或不同实验用钢）加热温度与奥氏体晶粒长大关系曲线（或比较不同 实验用钢奥氏体晶粒长大的倾向性)，并说明加热温度对奥氏体晶粒大小的影响。 4、实验结果的分析讨论
8 100mL 苦味酸饱和溶液等腐蚀剂浸蚀，由于晶粒边界被腐蚀变黑，依次测定奥氏体晶粒度。 腐蚀时间根据试验条件经试验确定。配置腐蚀剂时，应煮沸和充分溶解。 (4) 为获得更清晰光亮的组织，试样可经二次或三次腐蚀抛光重复进行，或向腐蚀剂中 加少量新结尔灭，或将腐蚀剂加热到 50～60℃后腐蚀均可。 3、网状铁素体法 采用网状铁素体显示亚共析钢的奥氏体晶粒，其热处理条件与氧化法相同，但是试样预 先不需研磨。在加热过程中应防止氧化，冷却速度应依次不同钢种恰当选择。通常对低碳钢 可选用油冷，中碳钢选用空冷，中碳合金钢选炉冷。 （三）评级 待奥氏体晶粒显示后，即可根据试验条件和需要，采用比较法或计算法评定试验钢材（试 样）奥氏体晶粒度级别。 五、实验报告要求 1、写出对实验目的及所选用奥氏体晶粒显示和评级方法原理的简要叙述。 2、记录及画表格列出全组（或全班）实验结果并确定本实验用钢奥氏体晶粒度级别。 3、绘出实验用钢（或不同实验用钢）加热温度与奥氏体晶粒长大关系曲线（或比较不同 实验用钢奥氏体晶粒长大的倾向性），并说明加热温度对奥氏体晶粒大小的影响。 4、实验结果的分析讨论
实验二钢的淬透性 一、实验目的 1、了解钢的淬透性测定方法。 2、掌握用末端淬透性试验法测定钢的淬透性。 3、研究合金元素等对钢的碎透性的影响。 二、实验原理 钢的淬透性是结构钢与工具钢的重要热处理工艺性能之一。钢的淬透性对钢材的组织及 性能有着十分重要的影响，因而钢的淬透性亦是机械零件设计时选择钢种和生产上制定热处 理工艺的主要依据之 一，为了合理地选择和使用工业用钢，以及正确地进行钢的热处理。对 钢的淬透性进行测定和了解具有很大的实际意义。 (一)淬透性的本质与评定 钢的率诱性也称可淬性，是指钢在淬火时能铭获得马氏体的能力。它是纸材本身固有的 个性 它主要与钢的过冷 氏体稳定性或锅的临界火冷却速度有关 淬火是最常用的 种热处理工艺 ,对结构钢和工具钢来说，淬火是 为了获得马氏体组织 零件淬火时，表面冷却快，愈向心部冷却愈慢，如果中心点的冷却速度达到或超过该钢种的 临界淬火速度，则钢件整个界面均可得到马氏体组织，即钢件被淬透，而当心部冷却速度小 于临界淬火速度时，则将在心部出现非马氏体，称为未淬透。在未淬透的情况下，全淬成马 体的风域是硬层（成诱层）。件经火后 一般从表面到心部一定深度均可获得 马氏体组织，这种马氏体组织的深度通 常称为 年透层深度或淬硬层深度 钢的淬透性反映了钢在淬火时获得马氏体的能力，因此通常用标准尺寸试样在一定条件 下，淬火而得到的淬硬层深度(h)或全部淬透的最大直径(D)来表示淬透性大小。然而， 由于不同钢种的淬透性不同，故其淬硬层深度以及能淬透的最大直径也不同。淬硬层深度及 直径愈大，表面该钢种的准诱性愈高。 在实际的淬火钢 由于从表面到中心各个部位的冷却速度不同，因而各部位的组织 和性能也就不同，从表面全部马氏体组织开始 问内依次为屈氏体、系氏体、珠光体，甚兰 在心部出现铁素体。此时，显然应以全部马氏体组织或包含有很少量残余奥氏体组织层的深 度作为判定淬透性的标准。但是实际上，当马氏体组织中含有5%~10%非马氏体组织时， 是很难准确分辨出来的，在硬度上亦无法测量出来。因此现名采用由表面至半马氏体组织（即 4装霜莉汤碳韩 很容易测量，在酸蚀的断面上呈现出明显的明暗分身 面，见图21。因此，可以认为淬火后的马氏体组织大于50%的部分即是被淬透的。半马氏 体组织的硬度主要与含碳量有关，如图2-2所示。实践证明，对碳素钢和不具有复杂奥氏体 等温转变曲线的低合金钢及中合金钢，采用半马氏体作为判定淬透性的标准是没有重大误差 的。但近年来，贾查克(Jatezak)等认为，在淬火钢中存在50%的非马氏体组织，与具有 90%马氏体的性能有很大差异， 而建议用90%马氏体作为淬透性判据
9 实验二 钢的淬透性 一、实验目的 1、了解钢的淬透性测定方法。 2、掌握用末端淬透性试验法测定钢的淬透性。 3、研究合金元素等对钢的淬透性的影响。 二、实验原理 钢的淬透性是结构钢与工具钢的重要热处理工艺性能之一。钢的淬透性对钢材的组织及 性能有着十分重要的影响。因而钢的淬透性亦是机械零件设计时选择钢种和生产上制定热处 理工艺的主要依据之一，为了合理地选择和使用工业用钢，以及正确地进行钢的热处理。对 钢的淬透性进行测定和了解具有很大的实际意义。 （一）淬透性的本质与评定 钢的淬透性也称可淬性，是指钢在淬火时能够获得马氏体的能力。它是钢材本身固有的 一个属性。它主要与钢的过冷奥氏体稳定性或钢的临界淬火冷却速度有关。 淬火是最常用的一种热处理工艺，对结构钢和工具钢来说，淬火是为了获得马氏体组织。 零件淬火时，表面冷却快，愈向心部冷却愈慢，如果中心点的冷却速度达到或超过该钢种的 临界淬火速度，则钢件整个界面均可得到马氏体组织，即钢件被淬透，而当心部冷却速度小 于临界淬火速度时，则将在心部出现非马氏体，称为未淬透。在未淬透的情况下，全淬成马 氏体的区域就是淬硬层（或淬透层）。钢件经淬火后，一般从表面到心部一定深度均可获得 马氏体组织，这种马氏体组织的深度通常称为淬透层深度或淬硬层深度。 钢的淬透性反映了钢在淬火时获得马氏体的能力，因此通常用标准尺寸试样在一定条件 下，淬火而得到的淬硬层深度（h）或全部淬透的最大直径（DC）来表示淬透性大小。然而， 由于不同钢种的淬透性不同，故其淬硬层深度以及能淬透的最大直径也不同。淬硬层深度及 直径愈大，表面该钢种的淬透性愈高。 在实际的淬火钢件中，由于从表面到中心各个部位的冷却速度不同，因而各部位的组织 和性能也就不同，从表面全部马氏体组织开始，向内依次为屈氏体、索氏体、珠光体，甚至 在心部出现铁素体。此时，显然应以全部马氏体组织或包含有很少量残余奥氏体组织层的深 度作为判定淬透性的标准。但是实际上，当马氏体组织中含有 5%～10%非马氏体组织时， 是很难准确分辨出来的，在硬度上亦无法测量出来。因此现多采用由表面至半马氏体组织（即 50%马氏体和 50%非马氏体组成）的距离为淬透层深度，并以此深度作为判定淬透性的标准。 这是因为半马氏体区域硬度变化显著，很容易测量，在酸蚀的断面上呈现出明显的明暗分界 面，见图 2-1。因此，可以认为淬火后的马氏体组织大于 50%的部分即是被淬透的。半马氏 体组织的硬度主要与含碳量有关，如图 2-2 所示。实践证明，对碳素钢和不具有复杂奥氏体 等温转变曲线的低合金钢及中合金钢，采用半马氏体作为判定淬透性的标准是没有重大误差 的。但近年来，贾查克（Jatezak）等认为，在淬火钢中存在 50%的非马氏体组织，与具有 90%马氏体的性能有很大差异，而建议用 90%马氏体作为淬透性判据
MKPKP MP 表面 图21冷却速度对金相组织和硬度的影响 (阴影线为中、低合金钢的硬度波动范围 应特别指出的是，钢的率诱性和钢件的淬诱层深度虽有密切联系，但不能混为一淡。钢 的淬透性乃是钢材本身所固有的属性，不受外部因素的影响，而钢件的淬透层深度除取决于 钢材的淬透性之外，还与所采用的冷却介质、零件尺寸等外部因素有关。淬透性还应区别于 淬硬性，后者系指钢在正常淬火条件下所能达到的最高硬度的能力，它主要与钢的含碳量 关。 钢的淬透性对钢件热处理后的组织和力学性能有很大的影响，因为完全淬透的零件在回 火后，其组织是均一的，整个截面上的性能均匀一致，而未淬透的钢经回火后，虽硬度也趋 一致，但未淬透部分的屈服点(6，)和冲击韧度()均有所降低。所以凡是要求高的综 合力学性能的零件都应全部淬透。但对工作是最大应力在零件外缘，愈向心部应力愈小的装 些轴类零件（如机床主轴等），凡要求淬硬12或1/3半径的外层即可，而无需全部淬透。各 类钢制零件所要求的淬硬层深度应按其工作条件而定，并非一律要求全部淬透。 (二)影响淬透性的因素 率诱性是钢的一种属性，不同种类钢材其淬诱性高低差别较大。影响淬诱性的主要因素 是钢的化学成分 此外，奥氏体均匀度、品粒大小及非金属夹杂物与未溶碳化物的存在等因 素对淬透性亦均有影响。 碳完全周溶于奥氏体中时，其含量愈多，奥氏体愈不易分解，愈使奥氏体等温转变曲线 向右移动，增大奥氏体的稳定性而减小临界冷却速度，使淬透性提高：但超过共析含碳量以 后，由于未溶解碳化物成为相变核心，促进珠光体转变，临界冷却速度又复增大而使淬透性 降低。合金元素除钻和铝(>2.5%)以外，都不同程度地增加奥氏体的稳定性，因而均提 高钢的淬透性 用 金刀 素对淬 透性的影响以锰最为强烈 组 、钒、 和镍等 奥氏体化温度愈高，奥氏体品粒愈粗大，成分愈均匀，则钢的淬透性愈高。反之，品料 愈细小，成分愈不均匀，特别是存在未溶的碳化物时，要求的临界冷却速度亦愈快，其淬透 性俞低。 (三)淬诱性常用测定方法筒介 测定钢的 透性有计算法和实验法两大类，计算法是根据钢的化学成分和本质晶粒度计 算出该钢种的理想临界直径(D),再依此计算出末端淬透性曲线。而实验法则是通过测定 标准试样上的淬透直径或深度，或是测定标准试样在末端淬火试验后的半马氏体区至水冷端 距离大小，来评价钢的淬透性。目前国际上和我国多用断口的检验法、U曲线和末端淬火法 0
10 图 2-1 冷却速度对金相组织和硬度的影响 图 2-2 50%马氏体的硬度与含碳量关系 （阴影线为中、低合金钢的硬度波动范围） 应特别指出的是，钢的淬透性和钢件的淬透层深度虽有密切联系，但不能混为一谈。钢 的淬透性乃是钢材本身所固有的属性，不受外部因素的影响，而钢件的淬透层深度除取决于 钢材的淬透性之外，还与所采用的冷却介质、零件尺寸等外部因素有关。淬透性还应区别于 淬硬性，后者系指钢在正常淬火条件下所能达到的最高硬度的能力，它主要与钢的含碳量有 关。 钢的淬透性对钢件热处理后的组织和力学性能有很大的影响。因为完全淬透的零件在回 火后，其组织是均一的，整个截面上的性能均匀一致，而未淬透的钢经回火后，虽硬度也趋 于一致，但未淬透部分的屈服点（б s）和冲击韧度（ak）均有所降低。所以凡是要求高的综 合力学性能的零件都应全部淬透。但对工作是最大应力在零件外缘，愈向心部应力愈小的某 些轴类零件（如机床主轴等），凡要求淬硬 1/2 或 1/3 半径的外层即可，而无需全部淬透。各 类钢制零件所要求的淬硬层深度应按其工作条件而定，并非一律要求全部淬透。 （二）影响淬透性的因素 淬透性是钢的一种属性，不同种类钢材其淬透性高低差别较大。影响淬透性的主要因素 是钢的化学成分，此外，奥氏体均匀度、晶粒大小及非金属夹杂物与未溶碳化物的存在等因 素对淬透性亦均有影响。 碳完全固溶于奥氏体中时，其含量愈多，奥氏体愈不易分解，愈使奥氏体等温转变曲线 向右移动，增大奥氏体的稳定性而减小临界冷却速度，使淬透性提高；但超过共析含碳量以 后，由于未溶解碳化物成为相变核心，促进珠光体转变，临界冷却速度又复增大而使淬透性 降低。合金元素除钴和铝（＞2.5%）以外，都不同程度地增加奥氏体的稳定性，因而均提 高钢的淬透性。常用合金元素对淬透性的影响以锰最为强烈，其次是钼、铬、钒、硅和镍等。 奥氏体化温度愈高，奥氏体晶粒愈粗大，成分愈均匀，则钢的淬透性愈高。反之，晶粒 愈细小，成分愈不均匀，特别是存在未溶的碳化物时，要求的临界冷却速度亦愈快，其淬透 性愈低。 （三）淬透性常用测定方法简介 测定钢的淬透性有计算法和实验法两大类，计算法是根据钢的化学成分和本质晶粒度计 算出该钢种的理想临界直径（D1），再依此计算出末端淬透性曲线。而实验法则是通过测定 标准试样上的淬透直径或深度，或是测定标准试样在末端淬火试验后的半马氏体区至水冷端 距离大小，来评价钢的淬透性。目前国际上和我国多用断口的检验法、U 曲线和末端淬火法