ASTM(A255-02)钢的淬透性试验方法.doc

钢淬透性的标准试验方法 ASTM（A255-02）1.范围1.1本规范包括钢淬透性试验方法的描述。这两种试验方法包括端淬或Jominy试验或根据化学成分计算钢的淬透性。1.2 由已知钢种选择决定淬透性的方法由供货方和客户共同决定。材料检测报告应注明所用的淬透性试验方法。1.3这些试验方法中所采用的计算方法仅适用于具有以下化学成分范围的钢：元素 范围，%碳 0.10-0.70锰 0.50-1.65硅 0.15-0.60铬 最大1.35镍 最大1.50钼 最大0.551.4淬透性是测量钢在奥氏体转变点淬火深度的一种方法，见表1。它是一种定量的描述方法，测量试样具有标准尺寸和形状，用标准淬火方法进行淬火得到淬火的深度或宽度。在端淬试验中，淬火深度是从淬火端部到某硬度值的距离。表1 正火和奥氏体转变温度A钢种 要求的最大碳含量（%） 正火温度（） 奥氏体温度（）1000，1300，1500 0.25 925 9253100，4000，41000.26-0.36 900 8704300，4400，45004600，4700，50005100，6100B，81008600，8700，88009400，9700，9800 0.37 870 845 2300，2500，3300 0.25 925 8454800，9300 0.26-0.36 900 815 0.37 870 8009200 0.5 900 870A 在此表格中温度变化在6以内是允许的。B 对于6100钢来说正火和奥氏体化温度要比此表中高30。1.5淬透性值的单位应以英寸-磅为标准单位，国标单位仅供参考。1.6本规范没有安全方面的条款，如果有，应根据应用条件而定。本规范的使用者应制定安全和健康条例并保证其适用性。2.参考文献2.1ASTM标准E018 金属材料洛氏硬度和表面洛氏硬度试验标准E112 平均晶粒尺寸的检验方法端淬或JOMINY试验3.说明3.1本试验包括用端淬或Jominy试验方法来测定钢淬透性的试验程序。试验包括水淬圆柱形试样（直径25.4mm）的一端，测量淬火转变处到淬火端部的距离。4.仪器设备4.1试样支架-试样的支架应保证试样垂直，试样的末端至喷水口的距离为12.7mm，标准试样（直径为25.4mm）的合适的支架见图1。注1- 其它尺寸和形状的合适的支架见图X1.1。4.2水淬设备-垂直水柱的高度控制在63.5mm，喷水口直径为12.7mm。水温应符合6.3的要求，设备应具有小的抽水机和控制阀，应有快速开关阀来控制供水量。5.试样5.1锻件-端淬试样应为轧制或锻造坯料，应能代表整个产品的横截面。如果供货方和客户协商同意，端淬试样应在锻造、轧制产品或铸造坯料给定的位置取样。试样直径为25.4mm，长度为101.6mm，在端淬时垂直悬挂。优先选择的样品和可供选择样品的尺寸见图2和图3。试样应从按照6.1进行正火的棒料机加工得到，试样尺寸应去除机加工余量后，其尺寸进行四舍五入为25.4mm。试样要进行水淬的端面要光滑，最好经过磨制。如果双方同意，可以不用正火。试样以前的热历史要进行记录。5.2铸造试样-铸造端淬试样可用来进行不含硼钢的试验，不可以用来进行含硼钢的试验，这样会导致错误的结果。可以用石墨或金属模具来制造直径为25.4mm，长度大于101.6mm的样品，然后加工成标准试样尺寸。模具也可以是直径为31.8mm，然后加工成最终尺寸。铸造试样不需要正火。6.试验程序6.1正火-锻件应进行正火以保证适当的淬火特性。试样应在表1规定的温度下保温1h，进行空冷。正火试样进行回火以提高机加工性能是允许的。6.2加热-把试样放进炉子里按照指定的奥氏体化温度（见表1）加热，保温30min。在产品测试中，如果轻微超时，达到35min不会影响结果。在气氛中加热试样是非常重要的，这样不会产生氧化皮，脱碳量最低。可以把试样垂直放在铺有生铁屑的容器内，试样的底端面接触到铁屑。6.2.1其它的方法包括把试样放进石墨块的孔（具有一定尺寸）里或把试样放进垂直的管子里放在平坦的地方。耐热金属应有一块突出的位置便于夹持。在管子底部放一块石墨或碳，或一层含碳的材料，如木炭以防止氧化。 6.2.2对于特殊的夹具和炉子，可以在样品的顶部沿轴向砖一个洞来测定加热试样达到奥氏体转变温度的时间。对于每个固定的夹具和炉子，定期进行这个操作，比如一月进行一次。6.3淬火-在放入试样前，调整水淬设备以使水柱可以达到63.5mm，喷水口直径为12.7mm。试样的支架在每次试验前应烘干。把加热后的试样放在支架上，试样底部距喷水口12.7mm，打开快速开关阀进行喷水。试样自炉内取出至水淬开始的时间不得超过5s。水流的温度在5-30，水淬的时间应大于10min。水淬时试样应处在静止的空气中，如果试样从夹具上移开时还没有冷却，应直接淬水。6.4硬度测量-淬火后将试样圆柱表面相对180的两边各磨去0.38mm的深度，沿着试棒长度方向测硬度，磨的深度会影响重现性结果，同时结果还跟试棒的冷速有关。 6.4.1圆柱两平面必须细心制备，两面互相平行，在磨制过程中没有淬火组织的转变。建议切割时用力要轻，在粗糙的、软的砂轮机上磨制来避免加热试样。为了鉴别磨面是否已被回火，应采用以下的腐蚀溶液进行腐蚀：注3 -No1 5%（浓的）的硝酸（体积）和95%的水（体积）的溶液注4 -No2 50%（浓的）的盐酸（体积）和50%的水（体积）的溶液在热水中清洗试样，在1号溶液中腐蚀直到发黑，在2号溶液中腐蚀3秒，在热水中清洗，在空气中吹干。6.4.1.1亮的和黑的区域表明在磨的过程中硬度和组织发生了变化。如果由于磨制而产生的变化很明显，试样就需要重新磨制。6.4.2在进行硬度测试的时候，试验试样的一个平面放在硬度计工作台上。在加载时不允许有垂直方向的移动。工作台须保证试样每次移动1.6mm。在V形工作台上放置试样是不允许的。6.4.2.1洛氏硬度计应根据标准检测样块定期进行检验。建议把试块放在试样和压头之间，同时对压头和试样进行检查。关于试块的使用和表面状态，分别参考检测方法E18中的4.7和5.2。6.4.3练习在试样的淬火端部进行压头的定位和确定压痕之间的准确的距离。低功率测量显微镜可以用来测量从淬火端部到第一个压痕中心的距离，并能检测两个压痕中心的距离。如果细心操作并且有合适的夹具，可以在距淬火端部1.60.10mm处确定第一个压痕中心的位置。距离的变化可以更小。相对于测量高淬透性钢来说，测量低淬透性钢时对压头进行精确定位更加重要。压头的定位应频繁进行检查以保证满足测量精度要求。如果缺少重现性或由于实验室不同，压头距离应立即测量。6.4.4在第一个25.4mm之内，每隔1.6mm测量一次硬度，以后测量18/16，20/16，22/16，24/16，28/16，32/16处的硬度，硬度值低于20HRC的不作记录因为它是不准确的。当以测试过硬度的磨制面作为测量硬度的支撑面时，其测试的压痕应磨平。6.4.4.1硬度读数应分别在成180的两平面上获得。在两平面上进行测量能帮助发现在样品制备和硬度测量上的错误。如果在任意位置两相反面硬度相差4HRC，应在与原来成90的平面进行检测，如果重新测试后两面硬度差也超过4HRC，则要在新的试样上重新试验。7.画出试验结果7.1试验结果应画在标准的专用淬透性图表中。纵坐标代表HRC值，横坐标代表硬度压痕至淬火端面的距离（mm）。按两个或多个平面上测得的硬度平均值和其对应的距淬火末端的距离绘制淬透性曲线。标准ASTM淬透性曲线图和典型的淬透性曲线见图4。8.淬透性指标8.1钢的淬透性指标可以用指定的Jominy（“J”）距离时的HRC值或其范围来表示。J4/16in.（6.4mm）=47HRCmin，J7/16in.（11.1mm）=50HRCmax，J5/16in.（7.9mm）=38-49HRC。9.报告9.1以下信息可以记录在ASTM淬透性图表中。9.1.1试样以前的热历史，包括正火和奥氏体化温度。9.1.2化学成分9.1.3ASTM晶粒尺寸由试验方法E112测定，除非另有规定。9.1.4如果采用附录X1中的试样，应在标准淬透性图表中注明。淬透性的计算10.说明10.1淬透性计算方法是在MAGrossman最初工作和碳元素以及硼元素同碳、合金含量的关系进行优化，并提高精确度的这些基础上的一个关于钢的化学成分的临界淬火直径。这些精确数字是通过含硼和无硼的1500、4100、5000、8600系列的热处理无数次分析得出的成分含量范围和临界直径的数据见表25。（译者按：1500含锰稍高的碳结构钢）。实验方法和技巧应用的正确性促进了实验资料的汇总。本计算方法同其它方法比较，或钢的成分不同于上述的类别时，用户应参照其它有关计算淬透性的文章。元素范围%C0.100.70Mn0.501.65Si0.150.60Cr1.35Ni1.50Mo0.5510.2表218用于化学成分的临界直径来确定淬透性，类别见10.1淬透性结果写出报告，报告第一个16mm之内，前10个每隔1.6mm测量的硬度，然后是 12/16，14/16，16/16，18/16，20/16，22/16，24/16，28/16，32/16处的硬度。注解5淬透性使用计算方法的测试报告不同于6.4.4所说的程序。10.3无硼钢临界淬火直径的计算计算依靠材料每个合金元素的淬透性系数，得出一个直径。（直径的递增系数的使用单位为英寸磅，换算公制毫米请查表）硫磷两元素的作用不考虑，因为它们有相互抵消的倾向。自从大多数钢材所具有的淬透性是用电弧熔炼到细晶粒状态证明可以满足此晶粒尺寸，（实际证明电弧熔炼钢热处理后细晶粒百分比高）奥氏体晶粒度采用7号。例如SAE4118改良钢，根据以下化学成分来计算临界淬火直径。元素%递增系数C0.220.119Mn0.803.667Si0.181.126Ni 0.101.036Cr0.431.929Mo0.251.750Cu0.101.040那么：D1=0.1193.6671.1261.0361.9291.751.04=1.79英寸=45.5mm10.4含硼钢的临界直径计算确定钢的有效生产工艺，硼系数（表示硼元素增加淬透性所起的作用）与碳和合金元素含量的关系是反比关系，碳和合金元素含量越高，硼系数越低。10.4.1实际硼系数用以下关系式来表示：B.F.（硼系数）=测量DI（Joming数据和碳含量）/计算DI（除去硼以外的成分）10.4.2例如实际一个SAE15B30改良钢硼系数的确定：成分% C Mn Si Ni Cr Mo B 计算DI（除去硼） 0.29 1.25 0.20 0.13 0.07 0.03 0.0015 1.24英寸顶端淬火实验结果 英寸“J”成分（1/8英寸）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16硬度HRC 50 50 49 48 47 45 41 38 33 28 25 22 2010.4.3使用表7，由顶端淬火实际碳浓度产生50%马氏体之处为标准。例如：含C0.29，HRC37位于顶端淬火1/2英寸处。（附加要求）10.4.4按表8（英寸），“J”距离1/2英寸，等同于2.97英寸的测量DI硼系数=2.97英寸/1.24英寸=2.4硼系数 （2）10.4.5含硼的DI（临界直径）的计算（DIB）。10.4.5.1无硼DI的计算，例如在10.4.4中，DI是1.24英寸。10.4.5.2合金系数的计算（所有递增系数见表6，除碳以外），例如在10.4.4：合金系数=计算DI（无硼）/碳递增系数=1.24英寸/0.157英寸=8 （3）10.4.5.3碳的递增系数查表10。例如：0.29%碳，合金系数为8，硼的递增系数2.36（附加要求）。10.4.6碳的DI计算如下：DIB=DI（无硼）碳系数DIB=1.24英寸2.36DIB=2.93英寸10.5由成分决定的淬透性曲线预算DI（DIB为硼钢）通过以下程序能够估计出，顶端淬火淬透性曲线10.5.1最初硬度（IH）J=1/16英寸位置是含碳量的作用，在淬透性上的作用是独立的选于表7。例如：无硼SAE4118改良钢，含碳0.22%，最初硬度为45HRC。10.