钢板淬火过程体积变化的测量与研究(3)
图1.1 不同温度、流速为0.25m/s的水冷却曲线
1.2 不同温度水的冷却曲线
（a)静止水 （b)循环水
1.3 喷射速度对水冷却速度的影响
1.4 不同淬火油的冷却速度
1.2.4淬透性
淬透性表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一。主要与钢的过冷奥氏体稳定性和钢的临界冷却速度有关。淬透性是指在规定条件下用试样淬透层深度和硬度分布来表征的材料特征，它主要取决于材料的临界淬火冷速的大小。在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关。钢的淬透性主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度和保温时间等因素有关。淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂。
1.3相变过程分析体积变化的方法
1.3.1热膨胀分析
物体受热膨胀，冷却收缩是一种普遍的现象，金属及合金也不例外，但是金属及合金在加热与冷却时，往往由于组织的变化还能产生异常的膨胀效应。钢在加热时，珠光体转变为奥氏体，长度产生明显的缩小，而冷却时从奥氏体转变为珠光体，长度产生明显的增加。因此，长期以来膨胀分析成为研究金属的一种重要手段。而且，材料的膨胀性能在仪器制造工业中也有很重要的意义。
膨胀分析的应用非常的广泛。首先可以确定钢的相变温度。钢在加热冷却过程中，由于存在同素异构转变，而产生明显的体积效应。根据膨胀曲线来确定相变温度是很有效的方法。一般碳钢的热膨胀曲线如图2-1所示。碳钢膨胀曲线有三个特征：（1）加热膨胀曲线的收缩阶段和冷却曲线的膨胀阶段，可以明显地区分开共析转变和铁素体转变两个阶段，ab段相当于珠光体向奥氏体转变阶段，bc段相当于铁素体溶解于奥氏体阶段。( 2）ab段对应的范围小，说明珠光体向奥氏体转变的性质接近于平衡状态的相变过程。（3）冷却曲线总是位于加热曲线的下方，说明经过加热冷却后产生一个恒定的体积减小。根据外推法再求出相变温度。研究钢的膨胀还可以用来研究钢的冷却转变、淬火钢的回火和纯铁快速加热相变。膨胀法是一种灵敏度较高的分析方法，而且较易实现自动记录，有先进的实验仪器可以用来测量。
1.5 钢的膨胀曲线
钢铁试样在加热和冷却时，试样的尺寸除了受正常的热胀冷缩的影响外，还与相变过程有关，即其尺寸变化是由两部分组成：ΔL=ΔL热+ΔL相，为试样由于热胀冷缩引起的尺寸变化；为试样由于相变体积效应引起的尺寸变化；为试样加热或冷却时以上两种叠加结果引起的尺寸总变化。当不发生相变时，ΔL相=0，所以ΔL=ΔL热。钢中各相的比容关系为：奥氏体＜铁素体＜珠光体＜贝氏体＜马氏体，也就是马氏体体积最大。钢在加热时，珠光体变为奥氏体，产生收缩；而快速冷却时，奥氏体转变为马氏体则有体积的明显膨胀。由于试样在相变过程中体积的变化在总体上可认为是各向同性的，因此，在相变过程中相对体积变化（ΔV/V0）与相对尺寸变化（ΔL/L0）的关系可以表达如下：