東宇東庵熱處理將介紹硬度和淬透性原理，及其熱處理關系因素

馬氏體是任何一個碳鋼所能得到的硬的顯微組織，但只有當奧氏體能避免形成鐵素體和滲碳體的混合物時，才能形成馬氏體。下面由東宇東庵熱處理論述馬氏體的硬度與含碳量的關系，然后討論對于給定的鋼制造的給定零件決定它是否能夠整體獲得馬氏體硬度的其他因素。淬透性這一術語既用來描述馬氏體形成的難易成都，也用來，描述把截面尺寸、冷卻速率以及成分等和鋼的硬化聯系起來的有關技術。

對于碳鋼當顯微組織為全馬氏體時，硬度可達到高值。再鋼的常見含碳量的整個范圍內，馬氏體比鐵素體-珠光體或球化組織硬度要高得多。這種高硬度以及相應的強度、高抗疲勞性，高抗磨損性就是進行淬火熱處理以得到馬氏體的主要目的。幾乎所有的馬氏體都要進行回火，根據回火程度的不同，鋼經過淬火及回火后，其硬度可以接近馬氏體所具有的那種高值，也可以低到碳化物球化后所具有的那種低值。為形成馬氏體而進行的熱處理，一般用于含碳量大于0.3%的鋼，這些鋼，硬度的提高明顯。而含碳量低于0.3%的鋼不容易淬硬，他們一般使用時的顯微組織為鐵素體-珠光體。洛氏硬度值低于HRC20的鋼沒有什么用處，在圖6.1中列出這些數據是為了便于比較。

圖6.2為鋼及Fe-C合金中，馬氏體顯微組織的硬度與含碳量的關系，這是許多研究結果的匯總，途中給出一定含碳量的鋼能夠獲得基本上是馬氏體組織時所能達到的硬度范圍。所有這些研究中都采取了特別措施以保證不會形成先共析相或鐵素體與滲碳體的混合物。然而，在馬氏體顯微組織中可能會含有不同數量的殘余奧氏體，因為即使在低碳鋼中，M1也會降低到室溫以下。。含碳量低于0.3%的鋼在室溫下也含有少量殘余奧氏體。在含碳量超過0.7%的鋼中，殘余奧氏體對硬度的影響較大；圖6.1以及6.2中的幾組數據都表明，隨著高碳鋼中殘余奧氏體量的增多，硬度值下降。

除了殘余奧氏體數量的差別外，不同含碳量的鋼高硬度值的變化還可能是由于時效或奧氏體晶粒尺寸的差別所引起的。圖6.3表面，在室溫時效能夠明顯提高Fe-Ni-C合金馬氏體的硬度，在Fe-C馬氏體中也觀察到硬度隨時間的類似變化。因此，如果不注意到硬度的測定是在淬火后多少時間進行的，所得到硬度數據就會比較分散。

奧氏體的晶粒尺寸也會影響低碳鋼中馬氏體的強度。當奧氏體晶粒尺寸減小時，強度會由明顯提高。在低碳鋼和中碳鋼中，奧氏體晶粒尺寸與馬氏體組織之間的關系是由于馬氏體獨特的組織造成的，馬氏體條是成束排列的。其尺寸直接與奧氏體晶體尺寸有關。因此，機械性既可以與馬氏體束的尺寸也可以與奧氏體晶粒尺寸相聯系。圖6.4表明，Fe-0.2C合金中，隨著馬氏體束尺寸的減小，屈服強度增高。

長期以來，含碳馬氏體硬度很高的原因一直引起冶金學家的關注，Cohen在1962年紀念Howe的演講中回顧了鋼中馬氏體強度理論發(fā)展的歷史，位于八面體間隙位置的碳原子在馬氏體強化過程中的重要作用。

以上的討論表明，任何鋼的高硬度都是和全馬氏體組織相聯系的。然而，這種顯微組織只有通過足夠快的冷卻，抑制了奧氏體受擴散控制的轉變才能得到。影響一個給定零件各截面的冷卻速率，以及一種給定的鋼對上述冷卻速率的反映由許多因素。沿著給定截面上或是對于不同鋼制造的同樣尺寸的截面，馬氏體的形成情況以及相應的硬度會有相當大的差別。淬透性就是討論不同鋼制造的同樣尺寸截面上硬度的變化。

淬透性可以定義為“通過快冷產生硬化的能力”或“能夠決定鐵合金淬硬深度及淬火后硬度分布的那種性質”。這兩種定義都強調了硬度。硬化是由于馬氏體的形成和存在造成的，因此，淬透性的第三種定義更準確的描述了硬化的物理過程，即一個鋼在某些給定條件下冷卻時能在給定深度由奧氏體部分地或全部轉變?yōu)橐欢ò俜謹档伛R氏體的能力。

影響冷卻速率或影響一個鋼制零件散熱速率地因素有零個。一個時熱從鋼試樣的心部擴散到表面的能力，另一個時淬火介質將熱從零件表面移走的能力。

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