首先重溫一下定義， 鋼材淬透性是指在規(guī)定條件下用試樣淬硬層深度和硬度分布來表征的材料特征,是指鋼材經(jīng)奧氏體化后在一定冷卻條件下淬火后獲得馬氏體層深度的能力,即鋼材接受淬火的能力。

　　鋼材淬透性主要取決于其化學成分，特別是一些敏感性合金元素，此外還有奧氏體化晶粒度及其穩(wěn)定性。

　　1、齒輪用鋼的淬透性及其控制

　　GB/T 3077 《合金結構鋼技術條件》和GB/T 5216 《保證淬透性結構鋼》兩項標準，是目前我國包括齒輪用鋼在內(nèi)的所有結構鋼生產(chǎn)、采購、驗收的基本依據(jù)。

　　為了適應國內(nèi)齒輪行業(yè)發(fā)展形勢，為了找尋冶金行業(yè)和齒輪制造業(yè)的技術契合點，2004年中國齒輪專業(yè)協(xié)會等組織編制了CGMA001-01:2004《車輛齒輪用鋼技術條件》，

　　這項標準的技術要求總體上高于GB/T3077，主要特點之一：規(guī)定齒輪鋼材淬透性寬度(上下限差值)不得大于7HRC。

　　2012年產(chǎn)生了修訂版本CGMA001-01:2012《車輛滲碳齒輪鋼技術條件》，該標準明確了滲碳齒輪鋼材，將淬透性帶寬縮窄到6HRc，同時將鋼材含氧量由≤20ppm降為≤15ppm。這反映了齒輪制造業(yè)標準的提高，也推動了鋼材生產(chǎn)(冶金行業(yè))的升級換代。

　　保證淬透性鋼是以Hardenability字頭作為鋼材牌號后綴，即H系列鋼，目前在我國規(guī)模齒輪廠家也已經(jīng)普及。實踐表明，H系列鋼材的推廣應用，對于控制齒輪熱處理變形，穩(wěn)定齒輪產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。株洲齒輪有限責任公司曾對比研究過20CrMnTi與20CrMnTiH鋼制內(nèi)花鍵齒輪的變形量，哈爾濱匯隆車箱橋有限公司金榮植高工在重載汽車齒輪方面的試驗研究，從不同角度說明了這個問題。在H鋼基礎上，RH(Restricted Hardenability)系列鋼，即縮窄淬透性(或限制淬透性)鋼材又應運而生。

　　下圖是一種帶有內(nèi)花鍵的螺旋齒輪，由于其內(nèi)花鍵較長而且結構的不對稱性，采用8620H鋼時經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)花鍵變形超差問題，主要是錐度變形。改用8620RH后合格率提高到98%以上。表1是鋼材訂貨技術協(xié)議中的淬透性要求。

　　圖1、內(nèi)花鍵齒輪

　　表1、內(nèi)花鍵齒輪鋼材淬透性技術要求

　　圖2是20MnCr5 H淬透性曲線，其中紅線是歐盟標準 EN 10084《滲碳淬火鋼交貨技術條件》規(guī)定的淬透性帶，而某知名公司在此基礎上細分為高,中,低三檔淬透性，圖中藍色虛線即為中檔淬透性的曲線。

　　圖2、20MnCr5H鋼淬透性

　　2、關于淬透性的認識誤區(qū)

　　2.1 誤區(qū)1：淬透性與工件尺寸、熱處理工藝有關

　　這里摘錄一段話：“實際生產(chǎn)中，淬透性還和零件的形狀，尺寸有關，尺寸越大，淬透性越差(尺寸效應);淬火介質(zhì)冷卻烈度H越大，淬透性越深……”

　　可見，把淬透性和淬火效果混為一談，尤其令人遺憾的是，這段話并非出自冷加工人士，而是源于某熱處理專業(yè)手冊。由此看來，再次強調(diào)、厘清淬透性概念，是非常必要的。

　　本文開頭已經(jīng)表明, 淬透性是鋼材淬火時得到淬硬層深度的能力，是材料的固有屬性，只與其化學成分(合金元素種類及含量)以及晶粒度等有關,而與外部因素無關。

　　同樣一種材料 ,無論是做成齒輪 ，還是打成菜刀，淬透性就在那里，不會再高再低;

　　同樣一種產(chǎn)品，無論是拿來淬火，還是拿來退火，淬透性就在那里，也不會再增再減;

　　放在倉庫里的某種鋼材，即使一輩子都不去熱處理，也照樣有自己的淬透性。

　　鋼材淬透性就像人的DNA一樣，由于后天生存環(huán)境、營養(yǎng)水平等原因，身高有差異，壽命有長短，那完全是另外一回事兒。

　　對于鋼材來說，淬透性是必要條件，不是充分條件;

　　對于產(chǎn)品來說，它只提供可能性，不代表結局性;

　　把優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為勝勢，將適宜的材料淬透性轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的高性能，還有許多事情要做。

　　2.2、誤區(qū)之二：淬透性越高越好

　　對于一些小模數(shù)齒輪，本來可以選擇低淬透性鋼材即可滿足要求，而有時則不恰當?shù)剡x擇了諸如18CrNiMo7-6(17CrNiMo6)等高淬透性鋼材。這種“鋼材高消費”未必是好事，甚至會事與愿違。

　　下圖是汽車變速箱某齒輪軸(空心結構，齒部模數(shù)1.8)，先后采用過兩種鋼材，結果有明顯區(qū)別，如表所示。采用TL4521(相當于國產(chǎn)20CrNi2Mo鋼)時，由于心部硬度偏高而使校直困難，通過調(diào)整熱處理工藝參數(shù)，在技術要求范圍內(nèi)適當減小硬化層深度，降低心部硬度來間接解決。

　　圖3、汽車變速箱輸出軸

　表2、輸出軸兩種材料的差別

　　3、值得注意的兩個問題

　　3.1 鋼材淬透性的完整表達

　　在工作中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，有的產(chǎn)品圖紙(技術要求)或訂貨技術協(xié)議中只給出一點(尤其是近距離點)端淬值要求，這是不夠全面，甚至是不合適的;例如表2中的兩種材料，如果只比較J9和J10位置，還看不出什么太大的差異，但如果再比較J15的位置，就會發(fā)現(xiàn)二者淬透性相去甚遠。

　　基本常識告訴我們，即使是直線，也要由兩點來決定;因此，要評價淬透性曲線的位置和走向，建議至少給出兩個J距離的硬度范圍。至于選擇水冷端的近距離點還是遠距離點，要視材料淬透性及數(shù)據(jù)可比性而定，高淬透性材料應至少選擇一處遠距離點。

　　3.2 淬透性與化學成分

　　可以說，化學成分和淬透性是鋼材特性的兩種描述。淬透性曲線有帶寬，正是源于化學成分有波動范圍。

　　我們有時會根據(jù)材料的化驗結果估測淬透性高低，直至熱處理結果，當那些主要元素(C、Mn、Ni、Cr等)含量較高時，往往會得到較高的淬透性。

　　但有時會出現(xiàn)意料之外的情況，如某齒輪廠的產(chǎn)品性能出現(xiàn)較大波動時，費盡周折從已有的化驗結果中也找不出什么原因，最終補充分析硼(B)元素含量的細小差異，才找到了問題的根源。

　　因此，鋼材中某些微量元素同樣會對淬透性產(chǎn)生影響，B元素的微小變化就有可能導致顛覆性的結果，所以B元素有“鋼材味精”之稱。表3是某公司41B30合金鋼的化學成分及淬透性要求。

　　表3、 41B30合金鋼的化學成分及淬透性要求

　　早在上世紀八十年代，ZF公司就在DIN標準20MnCr5、16MnCr5基礎上加入B元素(ppm量級)，形成了價廉物美的Cr-Mn-B系鋼材ZF7、ZF6，其中B元素起到了畫龍點睛的作用，

　　ZF公司用這類鋼材制造出高強度、高精度的世界名牌產(chǎn)品—ZF汽車變速器齒輪。ZF公司于2013年與中信泰富特鋼集團(轄有興澄特鋼、湖北新冶鋼等主流鋼廠)締結戰(zhàn)略合作關系，對合作雙方是具有里程碑意義的大事件，也開啟了國內(nèi)齒輪行業(yè)選用ZF系列鋼材的窗口。

　　4、鋼材淬透性工程意義

　　4.1 鋼材淬透性對變形及疲勞強度的影響

　　淬透性越高，淬火時參與相變的體量也越大。當工件完全淬透整體均呈馬氏體時，淬火前后的體積差達到最大，含碳量1%的鋼材體積變化約為 1%; 如果只淬透一半，即一半體積相變?yōu)轳R氏體，則體積差將比前者小一倍，因此，淬透性愈小，淬火變形量也就愈小,反之齒輪變形量就越大。

　　鋼材淬透性與熱處理變形的關系可以用以下經(jīng)驗公式來描述：

　　D = (430℃—M_s)×(10—N_G)×J_H

　　其中：D 為熱處理變形因子;

　　M_s 為馬氏體相變開始溫度;

　　N_G 為鋼材晶粒度;

　　J_H 為淬透性因子。

　　在許多滲碳齒輪中，為了解決變形問題常常采用降低心部硬度的辦法，然而，從齒輪強度來考慮，心部硬度又不能過低，因為很多齒輪疲勞失效的一個重要的原因就是心部硬度偏低(ISO6336-5以及GB/T8539中ML、MQ和ME三檔齒輪的重要界定指標之一就是心部硬度)，所以，這便成為齒輪生產(chǎn)中的一大矛盾。為了兼顧齒輪強度與熱處理變形，必須合理限制鋼材的淬透性。

　　4.2 確定齒輪鋼材的基本原則

　　根據(jù)齒輪結構、模數(shù)，選擇適宜淬透性鋼材，獲得理想強度和精度;

　　根據(jù)材料淬透性，制訂合理的熱處理工藝，包括適宜的淬火介質(zhì)(類型、溫度及攪拌強度)，獲得理想的硬化層分布和心部硬度。