钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体层深度的能力，是钢本身固有的一个属性，主要与钢的过冷奥氏体稳定性或与钢的临界冷却速度有关。而影响淬硬深度（淬透深度）的因素是多方面的，对于一种材料状态，主要受临界冷却速度、淬火冷却介质和试件尺寸大小等因素的影响。本文通过基础工艺试验，研究淬火冷却介质、试件尺寸大小对40CrNiMo材料淬火硬化层深度的影响。

　　1. 试验

　　（1）试验材料 工艺试验选用40CrNiMo材料，直径分别为60mm、70mm、80mm和90mm的棒材，切割成长度为100mm的试样，材料的化学成分符合表1的要求。

　　（2）设备 中温箱式电炉、洛氏硬度机、金相显微镜、水冷砂轮切割机。

　　（3）试验方法 一 ： 将 尺 寸 为φ 6 0 m m × 1 0 0 m m 、 φ 7 0 m m × 1 0 0 m m 、φ 80mm×100mm和 φ 90mm×100mm的40CrNiMo材料圆柱试样在850℃淬入油和水中，保温试件依次为3h、4h、4h20min和5h，淬火后的试样，截断成两个相等部分，切断时务必注意切断处不要过热，再把断口磨光，研磨时也需冷却，然后在沿磨光截面的直径上每隔2mm的各点上测量硬度（HRC），根据中心和表面硬度的数值和差异，对比试样尺寸大小和淬火冷却介质的冷却能力对淬硬

　　层深度的影响。

　　方法二：将淬火后的40CrNiMo圆柱试样切割为金相试样，每试样沿横向中心截面方向切割出表面、二分之一半径、中心各1件。观察金相组织，分析影响硬化层深度的因素。组织对比试样的取样位置如图1所示。

　　2. 试验结果

　　（1）不同尺寸试样硬度梯度结果 采用试验方法一测得40CrNiMo材料 φ 60mm×100mm、φ 7 0 m m × 1 0 0 m m 、 φ 8 0 m m × 1 0 0 m m 和φ 90m m×100m m试样油冷的硬度梯度数据

　　如表2、表3和表4所示， φ 60m m×100m m和φ 90mm×100mm试样水冷的硬度梯度如表4、表5所示。

　　（2）截面不同区域的金相组织观察结果 采用试验方法二，测得不同尺寸大小油冷试样表面、

　　3. 分析与讨论
　　（1）试样尺寸和冷却方式对淬火硬化层深度的影响 从表2～表5的硬度数据可以看出，当都采用油冷时，直径为60mm的试样表面到心部的硬度基本一致，在50HRC左右；直径增加为70mm时，表面硬度为50HRC左右，心部硬度在44～45HRC之间；直径继续增加到80mm时，整个截面的硬度变化不大，都在39～43HRC之间；当直径达到90mm时，硬度下降更多，截面的硬度在34～39HRC之间。

　　当采用冷却能力较强的水冷时，同样为 φ 90mm的试样，表面硬度可以达到54～55HRC，心部的最低硬度也能达到44HRC。试件尺寸大小对淬硬层深度的影响可用图6 [1] 来说明，将钢自奥氏体化温度迅速冷却到开始马氏体相变的温度，主要是依靠淬火剂把钢件内部的热量迅速导走。试件的尺寸越大，所含的热量便越多，而使热量自钢件内部传导至表面，最后为淬火剂冷却所需的时间也越长，即钢件的冷却速度越慢。用同一材料做成不同尺寸大小的试件。大尺寸的试件，不论表面或中心的冷却速度都是比较缓慢的。

　　因此，小尺寸试件的整个截面可以完全淬透，而大型试件甚至连表面都不能淬硬。即使表面部分淬硬了，也会由于奥氏体的转变在较高温度进行的，以致所获得的硬度也较低；尺寸越大，表面硬度也将越低。

　　当试样的尺寸由 φ 60m m×100m m增加到φ 90m m×100m m时，油冷试样表面硬度由50H R C下降到40H R C。 φ 80m m×100m m和φ 90mm×100mm试样油冷时，由于试样尺寸较大，加热后所含有的热量较多，油的冷却能力偏低，冷却时淬火冷却介质不能及时有效地吸收传导出的热量，使试样在淬火时发生了回火，即自回火现象，导致试样硬度较低。当采用冷却能力较强的水冷却时，外层的冷却速度最强烈，试样淬火后的表面硬度较高，即使是尺寸最大的φ 90mm×100mm试样，表面也能达到54HRC，但由于表面和中心之间的冷却速度相差最悬殊，使表面和心部的硬度也相差较大。
　　（2）试样尺寸和冷却方式对硬化层组织的影响 由于实际冷却速度大于或者小于临界冷却速度的情况不同，有的试件能完全淬透，油冷的试件只能在一定深度或表面层中淬成马氏体组织，而中心部位则不能获得淬火组织。
　　从图2可以看出， φ 60mm试件表面和心部为典型的马氏体组织，因为40CrNiMo材料为中碳中合金钢，所以形成板条和片状两种混合组织，是以片状马氏体为主，针状形貌很明显。直径为70mm时，由于冷速降低，发生了贝氏体转变，从表面到心部都存在部分的羽毛状上贝氏体组织和粒状贝氏体组织，越靠近中心，羽毛状的贝氏体组织量越多。直径为80mm时，基本上全都是贝氏体组织。越近中心，粒状贝氏体区域越多、越集中。因为粒状贝氏体的形成温度一般在贝氏体转变温度区间的最上部，所以该组织的出现是冷速进一步降低的结果。直径90mm与直径80mm试件的组织形貌相似，基本上均为贝氏体组织。
　　4. 结语
　　（1）对于同一种材料，当淬火冷却介质相同时，试件尺寸越大，表面硬度越低。
　　（2）材料相同，试件尺寸相同时，淬火冷却介质冷却能力越强，表面硬度越高。