首先重温一下定义， 钢材淬透性是指在规定条件下用试样淬硬层深度和硬度分布来表征的材料特征,是指钢材经奥氏体化后在一定冷却条件下淬火后获得马氏体层深度的能力,即钢材接受淬火的能力。

　　钢材淬透性主要取决于其化学成分，特别是一些敏感性合金元素，此外还有奥氏体化晶粒度及其稳定性。

　　1、齿轮用钢的淬透性及其控制

　　GB/T 3077 《合金结构钢技术条件》和GB/T 5216 《保证淬透性结构钢》两项标准，是目前我国包括齿轮用钢在内的所有结构钢生产、采购、验收的基本依据。

　　为了适应国内齿轮行业发展形势，为了找寻冶金行业和齿轮制造业的技术契合点，2004年中国齿轮专业协会等组织编制了CGMA001-01:2004《车辆齿轮用钢技术条件》，

　　这项标准的技术要求总体上高于GB/T3077，主要特点之一：规定齿轮钢材淬透性宽度(上下限差值)不得大于7HRC。

　　2012年产生了修订版本CGMA001-01:2012《车辆渗碳齿轮钢技术条件》，该标准明确了渗碳齿轮钢材，将淬透性带宽缩窄到6HRc，同时将钢材含氧量由≤20ppm降为≤15ppm。这反映了齿轮制造业标准的提高，也推动了钢材生产(冶金行业)的升级换代。

　　保证淬透性钢是以Hardenability字头作为钢材牌号后缀，即H系列钢，目前在我国规模齿轮厂家也已经普及。实践表明，H系列钢材的推广应用，对于控制齿轮热处理变形，稳定齿轮产品质量发挥了重要作用。株洲齿轮有限责任公司曾对比研究过20CrMnTi与20CrMnTiH钢制内花键齿轮的变形量，哈尔滨汇隆车箱桥有限公司金荣植高工在重载汽车齿轮方面的试验研究，从不同角度说明了这个问题。在H钢基础上，RH(Restricted Hardenability)系列钢，即缩窄淬透性(或限制淬透性)钢材又应运而生。

　　下图是一种带有内花键的螺旋齿轮，由于其内花键较长而且结构的不对称性，采用8620H钢时经常出现内花键变形超差问题，主要是锥度变形。改用8620RH后合格率提高到98%以上。表1是钢材订货技术协议中的淬透性要求。

　　图1、内花键齿轮

　　表1、内花键齿轮钢材淬透性技术要求

　　图2是20MnCr5 H淬透性曲线，其中红线是欧盟标准 EN 10084《渗碳淬火钢交货技术条件》规定的淬透性带，而某知名公司在此基础上细分为高,中,低三档淬透性，图中蓝色虚线即为中档淬透性的曲线。

　　图2、20MnCr5H钢淬透性

　　2、关于淬透性的认识误区

　　2.1 误区1：淬透性与工件尺寸、热处理工艺有关

　　这里摘录一段话：“实际生产中，淬透性还和零件的形状，尺寸有关，尺寸越大，淬透性越差(尺寸效应);淬火介质冷却烈度H越大，淬透性越深……”

　　可见，把淬透性和淬火效果混为一谈，尤其令人遗憾的是，这段话并非出自冷加工人士，而是源于某热处理专业手册。由此看来，再次强调、厘清淬透性概念，是非常必要的。

　　本文开头已经表明, 淬透性是钢材淬火时得到淬硬层深度的能力，是材料的固有属性，只与其化学成分(合金元素种类及含量)以及晶粒度等有关,而与外部因素无关。

　　同样一种材料 ,无论是做成齿轮 ，还是打成菜刀，淬透性就在那里，不会再高再低;

　　同样一种产品，无论是拿来淬火，还是拿来退火，淬透性就在那里，也不会再增再减;

　　放在仓库里的某种钢材，即使一辈子都不去热处理，也照样有自己的淬透性。

　　钢材淬透性就像人的DNA一样，由于后天生存环境、营养水平等原因，身高有差异，寿命有长短，那完全是另外一回事儿。

　　对于钢材来说，淬透性是必要条件，不是充分条件;

　　对于产品来说，它只提供可能性，不代表结局性;

　　把优势转化为胜势，将适宜的材料淬透性转化成产品的高性能，还有许多事情要做。

　　2.2、误区之二：淬透性越高越好

　　对于一些小模数齿轮，本来可以选择低淬透性钢材即可满足要求，而有时则不恰当地选择了诸如18CrNiMo7-6(17CrNiMo6)等高淬透性钢材。这种“钢材高消费”未必是好事，甚至会事与愿违。

　　下图是汽车变速箱某齿轮轴(空心结构，齿部模数1.8)，先后采用过两种钢材，结果有明显区别，如表所示。采用TL4521(相当于国产20CrNi2Mo钢)时，由于心部硬度偏高而使校直困难，通过调整热处理工艺参数，在技术要求范围内适当减小硬化层深度，降低心部硬度来间接解决。

　　图3、汽车变速箱输出轴

　表2、输出轴两种材料的差别

　　3、值得注意的两个问题

　　3.1 钢材淬透性的完整表达

　　在工作中经常发现，有的产品图纸(技术要求)或订货技术协议中只给出一点(尤其是近距离点)端淬值要求，这是不够全面，甚至是不合适的;例如表2中的两种材料，如果只比较J9和J10位置，还看不出什么太大的差异，但如果再比较J15的位置，就会发现二者淬透性相去甚远。

　　基本常识告诉我们，即使是直线，也要由两点来决定;因此，要评价淬透性曲线的位置和走向，建议至少给出两个J距离的硬度范围。至于选择水冷端的近距离点还是远距离点，要视材料淬透性及数据可比性而定，高淬透性材料应至少选择一处远距离点。

　　3.2 淬透性与化学成分

　　可以说，化学成分和淬透性是钢材特性的两种描述。淬透性曲线有带宽，正是源于化学成分有波动范围。

　　我们有时会根据材料的化验结果估测淬透性高低，直至热处理结果，当那些主要元素(C、Mn、Ni、Cr等)含量较高时，往往会得到较高的淬透性。

　　但有时会出现意料之外的情况，如某齿轮厂的产品性能出现较大波动时，费尽周折从已有的化验结果中也找不出什么原因，最终补充分析硼(B)元素含量的细小差异，才找到了问题的根源。

　　因此，钢材中某些微量元素同样会对淬透性产生影响，B元素的微小变化就有可能导致颠覆性的结果，所以B元素有“钢材味精”之称。表3是某公司41B30合金钢的化学成分及淬透性要求。

　　表3、 41B30合金钢的化学成分及淬透性要求

　　早在上世纪八十年代，ZF公司就在DIN标准20MnCr5、16MnCr5基础上加入B元素(ppm量级)，形成了价廉物美的Cr-Mn-B系钢材ZF7、ZF6，其中B元素起到了画龙点睛的作用，

　　ZF公司用这类钢材制造出高强度、高精度的世界名牌产品—ZF汽车变速器齿轮。ZF公司于2013年与中信泰富特钢集团(辖有兴澄特钢、湖北新冶钢等主流钢厂)缔结战略合作关系，对合作双方是具有里程碑意义的大事件，也开启了国内齿轮行业选用ZF系列钢材的窗口。

　　4、钢材淬透性工程意义

　　4.1 钢材淬透性对变形及疲劳强度的影响

　　淬透性越高，淬火时参与相变的体量也越大。当工件完全淬透整体均呈马氏体时，淬火前后的体积差达到最大，含碳量1%的钢材体积变化约为 1%; 如果只淬透一半，即一半体积相变为马氏体，则体积差将比前者小一倍，因此，淬透性愈小，淬火变形量也就愈小,反之齿轮变形量就越大。

　　钢材淬透性与热处理变形的关系可以用以下经验公式来描述：

　　D = (430℃—M_s)×(10—N_G)×J_H

　　其中：D 为热处理变形因子;

　　M_s 为马氏体相变开始温度;

　　N_G 为钢材晶粒度;

　　J_H 为淬透性因子。

　　在许多渗碳齿轮中，为了解决变形问题常常采用降低心部硬度的办法，然而，从齿轮强度来考虑，心部硬度又不能过低，因为很多齿轮疲劳失效的一个重要的原因就是心部硬度偏低(ISO6336-5以及GB/T8539中ML、MQ和ME三档齿轮的重要界定指标之一就是心部硬度)，所以，这便成为齿轮生产中的一大矛盾。为了兼顾齿轮强度与热处理变形，必须合理限制钢材的淬透性。

　　4.2 确定齿轮钢材的基本原则

　　根据齿轮结构、模数，选择适宜淬透性钢材，获得理想强度和精度;

　　根据材料淬透性，制订合理的热处理工艺，包括适宜的淬火介质(类型、温度及搅拌强度)，获得理想的硬化层分布和心部硬度。