鋼的淬透性是決定零部件在熱處理過(guò)程中性能高低的重要參數(shù)之一。在實(shí)際生產(chǎn)中，35CrMo鋼各項(xiàng)元素含量的在一定范圍內(nèi)，而非固定值 ，成分不固定會(huì)直接影響鋼的淬透性。通過(guò)模擬計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)對(duì)比分析，結(jié)果顯示：JMatpro 軟件模擬 35CrMo 鋼淬透性的準(zhǔn)確性較高。利用 JMatpro 軟件對(duì) 35CrMo鋼中各項(xiàng)元素不同含量進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素的含量對(duì) 35CrMo 鋼的淬透性都有影響，其中 C、Si 元素對(duì)淬透性的影響要比其他三種元素稍高。
35CrMo 鋼是一種中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，主要應(yīng)用于要求高韌性、較大沖擊、抗彎能力強(qiáng)的重要零件，如變軸、齒輪、汽輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子等，在機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。35CrMo鋼在使用前要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，而淬火是得到較高強(qiáng)度韌性的重要過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中，35CrMo鋼各項(xiàng)化學(xué)成分是在一定范圍內(nèi)，而非固定值 ，化學(xué)成分的不同會(huì)影響鋼的淬透性，從而影響調(diào)質(zhì)后鋼的性能。特別是在生產(chǎn)中，無(wú)法對(duì)每種化學(xué)成分的 5CrMo 鋼進(jìn)行端淬試驗(yàn)。目前，35CrMo 鋼的研究主要集中于調(diào)質(zhì)工藝[1]、耐腐蝕性能[2]等方面，對(duì)于化學(xué)成分對(duì) 35CrMo 鋼淬透性影響方面的研究較少。本文利用 JMatpro 對(duì)不同化學(xué)成分的 35CrMo鋼進(jìn)行淬透性模擬計(jì)算，分析各項(xiàng)元素含量對(duì)淬火性能的影響，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)有著重要的指導(dǎo)意義 。
1 淬透性計(jì)算方法
鋼在一定條件下淬火時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力 稱(chēng)為淬透性 [3]。淬火后的鋼，不僅表面而且在一定深度內(nèi)也有不同程度的硬化 。JMatpro 軟件中采用的淬透性計(jì)算方法為末端淬火試驗(yàn)法[4]（Jominy法），如圖 1 所示。
將一個(gè)直徑 30mm 的鋼進(jìn)行端部淬火，根據(jù)不同位置馬氏體的含量確定鋼的淬火能力，隨著距離水冷端越遠(yuǎn)，冷卻速度越慢，馬氏體的含量也越低 ，淬硬層深度越淺。冷卻速率計(jì)算：
其中
計(jì)算距離水冷端不同位置處的冷卻速度，它是溫度和距離水冷端距離 x 的函數(shù)。Ta 是奧氏體轉(zhuǎn)變臨界溫度，?是熱擴(kuò)散率，隨著 x 變化，與不同位置處的實(shí)際溫度 T 有關(guān)，還與奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。
2 模擬計(jì)算與試驗(yàn)
通過(guò)模擬計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)對(duì)比分析，驗(yàn)證 JMatpro 軟件對(duì)于 35CrMo 鋼淬透性模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性，35CrMo 鋼化學(xué)成分如表 1 所示。
2.1 TTT 圖模擬計(jì)算
TTT 圖（C 曲線(xiàn)）是反映過(guò)冷奧氏體等溫冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類(lèi)型以及轉(zhuǎn)變量與時(shí)間，溫度之間的關(guān)系曲線(xiàn)[5]。根據(jù) TTT 圖（圖 2）可知，35CrMo 鋼在冷卻時(shí)首先析出鐵素體，溫度為 792℃，珠光體析出溫度744.4℃，貝氏體析出溫度 591℃，馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度為 364℃，轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度為 250℃。
2.2 淬透性模擬及試驗(yàn)
根據(jù)圖 3 可以看出，在淬火端表面鋼的強(qiáng)度和硬度值最高，屈服強(qiáng)度 1731.69MPa，抗拉強(qiáng)度 1936.32 MPa，硬度 HV=615.87。根據(jù)圖 4 顯示，距離端面 0.38mm 時(shí)，非馬氏體的含量為 50%，距離端面0.7mm 時(shí)，非馬氏體的含量為 90%。
為驗(yàn)證 JMatpro 軟件模擬的準(zhǔn)確性，進(jìn)行末端淬火試驗(yàn)。圖 5 為淬火端 0.38mm 處顯微組織，采用型號(hào)為 Olympus-DSX500 的金相顯微。35CrMo 鋼淬火組織為板條馬氏體+貝氏體+少量鐵素體，利用面積法計(jì)算得出馬氏體含量為 51.6%。采用 MH-5 數(shù)字式顯微硬度計(jì)對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)量，表 2 可以看出，模擬計(jì)算硬度與實(shí)際試驗(yàn)硬度差距不大。通過(guò)試驗(yàn)證明，JMatpro軟件模擬 35CrMo 鋼淬透性的準(zhǔn)確性較高。
3 化學(xué)成分對(duì)淬透性影響模擬計(jì)算
根據(jù) 35CrMo 鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于可能影響淬透性的 C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素進(jìn)行含量設(shè)定，每個(gè)元素含量分別取其上限、中間值及下限 ，如表 3 所示。對(duì) 13 組化學(xué)成分的 35CrMo 鋼進(jìn)行淬透性模擬計(jì)算。
13 組不同元素含量淬透性模擬計(jì)算結(jié)果如表 4 所示。結(jié)果顯示：C、Si、Mn、Cr、Mo五種元素的含量對(duì)35CrMo 鋼的淬透性都有影響。1#、4#、6#、8#、10#分別為 C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素為變量，當(dāng)其中一種元素為變量取下限時(shí)，另外四種元素取范圍內(nèi)中間值，馬氏體為 50%的距離均在 0.44cm 左右，如圖 6a 所示；同樣，3#、5#、7#、9#、11#分別為 C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素在范圍含量?jī)?nèi)的上限結(jié)果，馬氏體為 50%的距離均在 0.55cm 左右，如圖 6b 所示。其中 C、Si 元素對(duì)淬透性的影響要比其他三種元素稍高。
2#、12#、13#分別為五種元素均取平均值、下限、上限。結(jié)果顯示，2#含馬氏體 50%在0.48cm 處，12#含馬氏體 50%在 0.31cm 處，13#含馬氏體 50%在 0.78cm 處，如圖 7 所示。當(dāng)各項(xiàng)元素含量均取下限時(shí)，35CrMo 鋼的淬透性較差；當(dāng)各項(xiàng)元素含量均取上限時(shí)，淬透性較好。
4 結(jié)論
（1）35CrMo 鋼在冷卻時(shí)首先析出鐵素體，溫度為 792℃，珠光體析出溫度 744.4℃，貝氏體析出溫度591℃，馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度為 364℃，轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度為 250℃。
（2）C、Si、Mn、Cr、Mo 五種元素的含量對(duì) 35CrMo 鋼的淬透性都有影響。當(dāng)其中一種元素為變量取下限時(shí)，另外四種元素取中間值，馬氏體為 50%的距離均在 0.44cm 左右；當(dāng)其中一種元素為變量取上限時(shí)，另外四種元素取中間值，馬氏體為 50%的距離均在 0.55cm 左右。其中 C、Si 元素對(duì)淬透性的影響要比其他三種元素稍高。
（3）當(dāng)各項(xiàng)元素含量均取下限時(shí)，35CrMo 鋼 的淬透性較差；當(dāng)各項(xiàng)元素含 量均取上限 時(shí)，淬透性較好。
參考文獻(xiàn)
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[4] 邊書(shū).高鐵用 25CrMo 車(chē)軸鋼淬透性的研究[D].沈陽(yáng)理工大學(xué),2012.
[5] 劉國(guó)勛.金屬學(xué)原理[M].北京 :冶金工業(yè)出版社,1980,149-151.
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