什麼是硬化能

淬火時能得到麻田散鐵的深度(淬硬的難易)。Mn、Cr、Mo等合金元素使TTT圖的鼻部往長時間側移動時會提高。

日文名稱: 焼入れ性

「硬化能」出現在2領域的2道練習題中(熱處理與金屬材料, 材料的加工與接合等)。

這個名詞所屬的領域: 熱處理與金屬材料

硬化能與淬火硬度是不同的東西

硬化能表示淬火能使多深的位置成為麻田散鐵(淬硬的難易)。另一方面,淬火形成之麻田散鐵的最高硬度(淬火硬度)主要由碳含量決定,合金元素的影響小。因此即使加入合金元素提高硬化能,表面的最高硬度也不太會改變,而是硬化層變深。整理成碳含量主要決定硬度,合金元素與沃斯田鐵晶粒大小主要決定硬化能,會比較容易理解。

以喬米尼試驗量測

硬化能以喬米尼試驗(端面淬火試驗)評估。將直徑25 mm、長100 mm左右的圓棒沃斯田鐵化後,對一端噴水冷卻,冷卻速率便隨與端面的距離連續改變。冷卻後削去側面,依與端面的距離量測硬度,就得到喬米尼曲線。硬度下降得越慢的鋼硬化能越高,保證硬化能的H鋼(SCM435H等)以這個曲線的上限與下限帶來規定。

臨界直徑與質量效應

以零件大小表示硬化能的是臨界直徑,即圓棒中心成為50%麻田散鐵的最大直徑。冷卻能力無限大之理想淬火下的值稱為理想臨界直徑,有由碳含量與晶粒度求出基本值、再乘上各合金元素倍數來估計的方法。即使是相同的鋼,零件越粗,中心冷卻越慢而越不易淬硬的現象稱為質量效應,硬化能低的碳鋼表現得越明顯。冷卻能力也隨水、油、高分子水溶液等冷卻劑而改變。

提高硬化能的要素與注意點

Mn、Cr、Mo、Ni等合金元素,以及0.001〜0.003%左右的微量B,能提高硬化能。沃斯田鐵晶粒越粗,晶界成核的位置越少,硬化能上升,但韌性下降。零件越粗越需要硬化能高的鋼,但硬化能過高時容易發生淬裂或變形,焊接時熱影響區也會變硬而容易破裂。在能淬硬到所需深度的範圍內,選擇硬化能最小限度的鋼是基本原則。

練習硬化能的題目

在鋼中添加Mn、Cr、Mo等合金元素可提高硬化能。其理由下列何者正確?

  1. ATTT圖的鼻部往短時間側移動,沃斯田鐵的變態進行得較快,因此較容易淬硬
  2. BTTT圖的鼻部往長時間側移動,緩慢冷卻也容易成為麻田散鐵
  3. CMs點上升,麻田散鐵在冷卻的較早階段就開始生成
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正確答案:B. TTT圖的鼻部往長時間側移動,緩慢冷卻也容易成為麻田散鐵

硬化能是指淬火時能得到麻田散鐵的深度(淬硬的難易)。Mn、Cr、Mo等合金元素會延遲沃斯田鐵的波來鐵變態與變韌鐵變態,使TTT圖或CCT圖的鼻部往長時間側移動。因此臨界冷卻速度下降,即使是粗大構件的中心部或油冷這類緩慢冷卻,也容易成為麻田散鐵。鼻部往短時間側移動時,反而較難淬硬。多數合金元素反而會降低Ms點,因此不是硬化能提高的理由。硬化能以喬米尼試驗(端面淬火試驗)評估。

常見問題

硬化能越高的鋼就越硬嗎?

不是。硬化能高時能淬硬到較深處,但麻田散鐵的最高硬度主要由碳含量決定。碳含量相同時,合金鋼與碳鋼表面的淬火硬度幾乎相同。

質量效應是什麼?

是即使相同的鋼,零件越粗內部冷卻越慢而越不易淬硬的現象。硬化能低的碳鋼較大,合金鋼較小。要使粗零件的中心也變硬時,選擇硬化能高的鋼。

極少量的硼為什麼能提高硬化能?

因為B偏析在沃斯田鐵的晶界,抑制由晶界的肥粒鐵成核。0.001〜0.003%左右就有效果,為了不與氮結合,會一起加入Ti等元素使用。

解析中的「硬化能」

出現「硬化能」的題目(2題)

  1. 在鋼中添加Mn、Cr、Mo等合金元素可提高硬化能。其理由下列何者正確?
  2. 以 Ceq = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15(質量%)求出作為鋼之焊接性參考的碳當量。C 0.20%、Mn 1.20%、Cr 0.30%、Mo 0.10%、V 0%、Ni 0.30%、Cu 0.15%的鋼,其 Ceq 最接近下列何者?

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