--- title: "钢的淬透性与乔米尼端淬试验 | Steel Equivalents" description: "了解乔米尼试验如何测量钢的淬透性，以及化学成分、晶粒尺寸和淬火方式如何影响结果。" canonical: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C language: zh robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/steel-hardenability-and-the-jominy-test.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepelné-zpracování/prokalitelnost-oceli-a-jominyho-zkouška-čelním-kalením.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/härtbarkeit-von-stahl-und-der-jominy-endabschreckversuch.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/templabilidad-del-acero-y-ensayo-jominy-de-temple-en-extremo.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/trempabilité-de-l-acier-et-essai-jominy-de-trempe-en-bout.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/az-acél-edzhetősége-és-a-jominy-féle-homlokedzési-vizsgálat.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/temprabilità-dell-acciaio-e-prova-jominy-di-tempra-all-estremità.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/hardenbaarheid-van-staal-en-de-jominy-eindafschrikproef.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/hartowność-stali-i-próba-hartowania-od-czoła-jominiego.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/temperabilidade-do-aço-e-ensaio-jominy-de-têmpera-na-extremidade.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/прокаливаемость-стали-и-испытание-джомини-с-торцевой-закалкой.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çeliğin-sertleşebilirliği-ve-jominy-uçtan-su-verme-testi.md zh: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼の焼入性とジョミニー端面焼入試験.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية/قابلية-تصليد-الفولاذ-واختبار-التبريد-الطرفي-لجوميني.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강의-경화능과-조미니-단부-담금질-시험.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/temperabilidade-do-aço-e-ensaio-jominy-de-têmpera-na-extremidade.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-की-कठोरणीयता-और-जोमिनी-एंड-क्वेंच-परीक्षण.md content_hash: sha256:8b36a6bb6752c65b6597845b08d245b9a60bb160fcfa6e1b6eac9b8382a84a1b generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C > Canonical URL: https://steelequivalents.com/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![钢的淬透性与乔米尼端淬试验](/images/uploads/f70dbb22-778e-4edc-abbb-994bf3362b26/wiki-hero-a-steel-jominy-end-quench-test-specimen-positioned-vertically-above-a-controlled-1920x823.jpg) 热处理 # 钢的淬透性与乔米尼端淬试验 了解乔米尼试验如何测量钢的淬透性，以及化学成分、晶粒尺寸和淬火方式如何影响结果。 ![钢铁行业记者Anders Bergström的肖像](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg) **[Anders Bergström](/zh/资讯/作者/anders-bergstrom "Anders Bergström")**热处理4 分钟阅读更新于 2026年8月14日循证审核 本页内容本页内容 - [淬透性并非硬度](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#淬透性并非硬度 "淬透性并非硬度") - [Jominy 端淬试验测量的内容](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#jominy-端淬试验测量的内容 "Jominy 端淬试验测量的内容") - [试样几何尺寸与试验标准](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#试样几何尺寸与试验标准 "试样几何尺寸与试验标准") - [从淬火端距离到淬透性曲线](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#从淬火端距离到淬透性曲线 "从淬火端距离到淬透性曲线") - [冷却速率、转变与曲线的含义](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#冷却速率-转变与曲线的含义 "冷却速率、转变与曲线的含义") - [成分与奥氏体晶粒尺寸](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#成分与奥氏体晶粒尺寸 "成分与奥氏体晶粒尺寸") - [碳钢、低合金钢与牌号比较](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#碳钢-低合金钢与牌号比较 "碳钢、低合金钢与牌号比较") - [读取和比较乔米尼曲线](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#读取和比较乔米尼曲线 "读取和比较乔米尼曲线") - [乔米尼、格罗斯曼和空冷淬透性试验](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#乔米尼-格罗斯曼和空冷淬透性试验 "乔米尼、格罗斯曼和空冷淬透性试验") - [从乔米尼曲线到实际零部件](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#从乔米尼曲线到实际零部件 "从乔米尼曲线到实际零部件") - [常见误解与报告错误](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#常见误解与报告错误 "常见误解与报告错误") - [如何规定和记录淬透性结果](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#如何规定和记录淬透性结果 "如何规定和记录淬透性结果") - [乔米尼法的局限性](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#乔米尼法的局限性 "乔米尼法的局限性") ## 淬透性并非硬度 钢材的表面可能具有较高硬度，但并不意味着其能够深层淬硬。这句话是正确解读乔米尼试验结果的关键。**硬度**是材料抵抗压入或其他特定形式变形的能力，通常采用洛氏、布氏或维氏等方法测量。**淬透性**则有所不同：它描述的是在规定的奥氏体化和淬火处理产生规定冷却历程的条件下，钢材能够形成多深、且多均匀的硬化层。 这一差异十分重要，因为硬度是在特定位置测得的状态，而淬透性描述的是材料沿截面产生的响应。在表面测得的单个洛氏 C 标尺硬度值，并不能说明产生该数值的冷却速率、其下方的显微组织，或零件中心仍能保持的硬度。简单地称某种钢“很硬”，并不能回答这些问题。因此，本文采用 ASTM A255 和 ASM International 所使用的术语，而不把硬度和淬透性视为可以互换的性能。 ### ASTM A255 和 ASM International 使用的定义 ASTM A255-20 将淬透性定义为“钢淬火时能够硬化的深度”。这一定义虽然简短，但其中的关键在于*深度*。淬透性并不是试验证书上硬度数值的另一种名称。它涉及淬火过程中硬化从表面向内部的渗透程度。 两个指定乔米尼标准之间的关键几何形状和适用范围差异。 | 标准 | 试样几何形状 | 试验原理 | |---|---|---| | 美国材料与试验协会标准 A255-20 | 直径为 1 inch 的圆柱棒 | 一端淬火，并在逐渐增加的距离处测量硬度 | | 国际标准化组织标准 642:2024 | 直径 25 mm；长度至少为 100 mm | 钢端淬火试验，通过基于距离的硬度测量进行评定 | 乔米尼淬透性曲线**乔米尼淬透性曲线** 显示标准化试样距水淬端不同距离处实测硬度的图表。 同一标准规定了定量端淬试验，即乔米尼试验。其试样为直径 1 英寸的圆柱形棒材。加热至规定的奥氏体化状态后，用受控水柱对试样的一端进行淬火。随后，在距离淬火端逐渐增加的位置测量硬度。由此得到的硬度—距离曲线就是乔米尼淬透性曲线。 ISO 642:2024 规定了钢的端淬淬透性试验，试件直径为 25 mm，长度至少为 100 mm。这些尺寸与 ASTM 规范接近，但并非对 ASTM 规范的简单随意复述。试验结果必须明确对应于规定试样、加热工艺、淬火装置、测量位置和报告方法的具体标准及版本。否则，“乔米尼硬度”可能只是一个数值，而无法说明其是否来自可重复的试验。 ASM International 给出了更广泛的冶金学含义。其 1990 年关于碳钢和低合金钢的章节将淬透性描述为决定**淬火所产生硬度的深度和分布**的性能。ASM 还指出，钢的化学成分和奥氏体晶粒度是影响淬透性的主要因素。碳含量会影响马氏体能够达到的硬度，而合金元素则能够延迟冷却过程中与马氏体形成相竞争的转变。奥氏体晶粒度同样会改变转变行为。这些因素通过热历程发挥作用；它们并不会使淬透性变成一个固定的硬度值。 ### 为什么高硬度钢的淬透性可能有限 设想两个试样，其淬火表面显示出相同的高硬度。这一观察结果仅能说明表层区域形成了能够产生这些读数的显微组织和状态，并不能说明两个试样具有相同的硬化深度。 在常规淬火过程中，表面冷却最快。如果钢的淬透性有限，表面可能主要转变为马氏体，而更靠内部的区域冷却较慢，形成贝氏体、珠光体或其他转变产物的混合组织。这些区域的硬度可能远低于表面。因此，小型实验室试样可能看起来已经完全硬化，而由同一炉钢制成的较大零件却会形成较软的芯部，因为其内部散热速度较慢。 这正是硬度和淬透性回答不同工程问题的原因。硬度试验问的是：“该位置抵抗规定压头压入的能力如何？”淬透性试验问的是：“在这种规定的冷却条件下，硬度如何随距淬火表面的距离变化？”前一个问题可以在某一点得到满意答案，而后一个问题的结果仍可能很差。 钢的化学成分体现了这种差异。碳会强烈影响马氏体的最大硬度，但较高的潜在表面硬度并不保证能够深层淬硬。相反，能够延迟扩散型转变的合金元素，可能使钢材在远离淬火表面的位置仍形成马氏体，即使特定位置的硬度仍取决于碳含量和局部显微组织。晶粒度、先前的热处理、试样尺寸和淬火烈度也会影响观察到的结果。因此，淬透性是钢材在特定条件下表现出的响应，而不是附加在某一钢种上的孤立标签。 表面硬度读数还可能掩盖由脱碳、氧化皮、磨削损伤、残余奥氏体或不合适的测量位置造成的不均匀性。这样的读数对于该表面可能是有效的，但仍不能作为判断整个截面硬度分布的可靠依据。 ### 淬火后硬度的深度和分布 乔米尼试验在一个试样中建立了受控的冷却速率范围。伊利诺伊大学的试验程序将圆柱形试样加热至奥氏体化温度，用水柱对一端进行淬火，并在距该端逐渐增加的距离处测量硬度。剑桥大学解释了其物理基础：淬火端直接在水中冷却，而其余部分在空气中冷却，从而沿棒材长度方向形成连续的冷却速率范围。 即使试样具有相近的近端硬度，缓慢下降和陡峭下降也代表不同的淬透性响应。 Strong evidence 因此，距淬火端的距离可以作为一种实用方式，用于取样分析不同的冷却历程。靠近端部的位置冷却速率很高，硬度可能较高。距离更远的位置冷却较慢；随着马氏体以外的转变产物变得更加显著，曲线可能下降。曲线的形状和位置描述了试验条件下的硬度分布。即使两个试样在第一个测量点的硬度相近，缓慢下降的曲线与陡然下降的曲线也代表不同的响应。 #### 在其适用限度内解读曲线 该曲线用于标准化比较和工艺设计。零件直径、几何形状、表面状况、奥氏体化循环、搅拌以及淬冷介质都可能造成不同的冷却历程。 乔米尼曲线并不能直接再现每一种实际零件的硬度分布。零件可能具有不同的直径、几何形状、表面状态、奥氏体化周期、搅拌程度或淬火介质。从端淬装置中的圆柱体散热，与齿轮齿部、轴、板材或转角部位的散热并不相同。因此，该曲线是一种标准化比较工具和工艺设计输入，而不是对任何截面尺寸都适用的普遍保证。 此外，该曲线也不会以无限精度测量所有可能冷却速率下的硬度。其含义取决于试验程序，以及在规定距离处进行的准确硬度测量。因此，材料教育基金会将乔米尼试验描述为：测量距淬火端逐渐增加距离处的硬度，以确定钢的淬透性。 硬度与淬透性是不同的性能，单独的表面硬度不能替代淬透性曲线。 Strong evidence \[1\] \[1\] [**Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel**](https://store.astm.org/a0255-20.html). ASTM International. ASTM International standard, 2020.正确的结论应当明确：硬度报告的是受测位置的抗压入能力；淬透性报告的是规定淬火条件下形成的硬度深度和分布。ASTM A255-20、ISO 642:2024 和 ASM International 都保留了这一差异。仅凭表面硬度不能替代淬透性曲线。 ## Jominy 端淬试验测量的内容 Jominy 试验并不是为钢材指定一个硬度数值，然后将该数值称为其淬透性。它测量的是：试样经历一系列受控冷却条件后，硬度沿试样长度方向如何变化。其结果是一条淬透性曲线，即将硬度绘制为距淬火端距离的函数。 这一点十分重要。硬度是某一特定位置抵抗压入或变形的能力。淬透性则是钢材在淬火过程中发展到一定深度的硬度的能力。ASTM A255-20 将淬透性定义为“钢淬火时能够硬化的深度”，并规定了定量端淬试验，即使用直径为 1 英寸的圆柱形试样进行 Jominy 试验。ISO 642:2024 规定，钢制端淬试样的直径为 25 mm，长度至少为 100 mm。两项标准所规定的尺寸存在小幅差异，这反映的是各自的具体要求，并不意味着淬透性有两种不同的含义。 该试验使同一块钢材经历不同的冷却历程。其淬火端冷却最为剧烈，而距离淬火端越远的位置，冷却速率逐渐降低。如果钢材在这些条件下容易形成马氏体，则较高的硬度会沿试棒延伸得更远。如果在距离较远的区域能够形成大量马氏体之前，组织转变就已经开始，则硬度会随着距离增加而更快下降。因此，这条曲线既显示了钢材在剧烈淬火条件下形成的硬度，也显示了钢材能够保持这种响应的距离范围。 ![钢的淬透性与乔米尼端淬试验](/images/uploads/d3f4358f-bad1-473a-9469-accfa12247a7/wiki-inline-a-machined-cylindrical-steel-jominy-specimen-being-heated-in-a-laboratory-furnac-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/d3f4358f-bad1-473a-9469-accfa12247a7/wiki-inline-a-machined-cylindrical-steel-jominy-specimen-being-heated-in-a-laboratory-furnac-2027x2560.avif "放大图片 — 钢的淬透性与乔米尼端淬试验")A defined austenitizing treatment establishes the specimen’s starting condition. ### 圆柱形试样的奥氏体化 #### 乔米尼试验流程 1. **奥氏体化** 将圆柱形试样加热至规定的奥氏体化条件。 2. **定位** 将试样放置在端淬夹具中。 3. **淬火** 对一端施加受控水射流，同时使其余部分在空气中冷却。 4. **测量** 在距淬火端逐渐增加的距离处记录硬度。 5. **绘图** 绘制硬度与距离的关系图，以获得淬透性曲线。 形成并测量乔米尼冷却梯度的主要阶段。 | 阶段 | 热学或物理状态 | 在试验中的目的 | |---|---|---| | 奥氏体化 | 试样被加热至奥氏体状态 | 建立明确的初始组织 | | 端淬 | 一端接受受控水射流 | 形成最剧烈的冷却条件 | | 空气冷却 | 其余部分不接受直接水喷淋而冷却 | 随着距离增加形成逐渐减缓的冷却 | | 硬度测量 | 沿制备好的测量轨迹进行读数 | 记录对冷却梯度的响应 | 奥氏体化**奥氏体化** 将钢加热至规定温度范围，使初始组织在淬火前转变为奥氏体。 该过程从一个经过机加工的圆柱形试样开始。伊利诺伊大学材料技术与创新实验室将这一过程描述为：将试样加热至奥氏体化温度，向试样一端施加水射流，在距该端逐渐增加的距离处测量硬度，并将硬度绘制为距离的函数。奥氏体化会将初始组织转变为奥氏体，即淬火产物形成的高温相。加热温度和保温时间应根据钢材和试验规程确定；二者并不是可以任意互换的细节。 这一制备阶段确定了测量冷却响应时的初始状态。碳含量、合金元素添加、原始显微组织以及奥氏体晶粒尺寸，都可能影响试样离开炉子后的变化。ASM International 在其 1990 年关于钢材硬度和淬透性的论述中，将钢的化学成分和奥氏体晶粒尺寸确定为影响淬透性的主要因素。在不适当的奥氏体化处理之后进行的试验，可能会得到该试样的有效硬度读数，但该读数不一定代表该钢种规定的淬透性。 在施加水射流之前，还必须对试样进行适当操作，以控制其热历程。试验的目的并不是再现所有工业淬火几何条件，而是建立一种可重复的比较：试样从规定的奥氏体状态开始，随后经历已知的端淬布置。这就是为什么 Jominy 试验结果必须与其试验条件、材料牌号和所依据的标准一同说明。脱离这些背景的曲线，其证据是不完整的。 试样采用圆柱形，是因为可重复的形状有助于比较不同试验中的温度和组织转变响应。ASTM A255-20 规定试样直径为 1 英寸，而 ISO 642:2024 规定直径为 25 mm、长度至少为 100 mm。应按实际采用的尺寸进行报告；不应将这些尺寸不加说明地混合成一个笼统的“标准 Jominy 试棒”。 ![钢的淬透性与乔米尼端淬试验](/images/uploads/9a945df6-c5b5-4e36-bdf5-0b1e153794d9/wiki-inline-a-sectional-schematic-of-the-jominy-end-quench-apparatus-showing-a-vertical-stee-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/9a945df6-c5b5-4e36-bdf5-0b1e153794d9/wiki-inline-a-sectional-schematic-of-the-jominy-end-quench-apparatus-showing-a-vertical-stee-1920x1094.avif "放大图片 — 钢的淬透性与乔米尼端淬试验")The quenched end cools most severely; cooling becomes less severe with distance. ### 对一端进行水淬 奥氏体化后的试样放置在装置中后，水以受控水射流的形式冲击试样的一端。伊利诺伊大学的说明将这一水射流确定为该试验的关键淬火操作。剑桥材料科学教学资源发表于 2012 年，其中解释了这一过程的物理结果：一端进行水淬，而试棒其余部分在空气中冷却。 水射流冲击的一端经历最剧烈的冷却。该区域的热量迅速散失，从而缩短了奥氏体在温度降至马氏体区间之前转变为铁素体、珠光体或其他形成较慢产物的时间。在钢材成分和先前奥氏体状态允许的情况下，淬火端因此可以形成更高比例的马氏体。其测得硬度可能较高，但这个单一数值只代表特定冷却历程中最剧烈部分、某一个位置的响应。 试样的其余部分并未直接受到喷水。它通过暴露表面散热，并通过热传导将热量传向淬火端，同时还与周围空气进行热交换。因此，其冷却速率低于试样端部，但确切速率取决于位置、试样几何形状、供水条件、温度、表面状态以及钢材的热学性质。该试验并不会使整个圆柱体处于单一且均匀的冷却速率下。 这一布置也说明了为什么 Jominy 试验并不只是使用特殊夹具进行的硬度试验。常规硬度试验可能从选定位置报告一个数值，而端淬试验则有意制造一系列具有不同热历程的位置，然后比较它们的硬度响应。材料教育基金会正是以这种方式描述该方法的：在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度，以确定钢材的淬透性。 ### 沿试样建立冷却速率梯度 关键测量量是距水淬端的距离。在该端附近，冷却最为剧烈。随着距离增加，冷却逐渐变得缓和，从而沿试棒形成连续的冷却速率范围，正如剑桥方面所解释的那样。因此，一个试样便代表了多种淬火条件：从淬火端附近的剧烈水淬响应，到距离更远处较慢的空冷响应。 冷却完成后，在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度。将这些读数绘制为距离的函数，即可得到 Jominy 淬透性曲线。缓慢下降的曲线表明，较高硬度能够在远离端部的位置保持；陡峭下降的曲线则表明，硬度主要局限于剧烈淬火区域附近。该曲线描述了在这种规定冷却布置下形成的硬度分布，这与 ASM 关于碳钢和低合金钢的章节对淬透性的定义一致：淬透性是决定淬火所产生硬度的深度和分布的性能。 曲线本身并不能说明所有可能构件的硬度。厚齿轮、厚板、轴或棒材都具有自身的表面至中心温度梯度，其淬火介质和搅拌条件也可能不同于 Jominy 试验的布置。要将 Jominy 距离换算为预期的构件响应，需要采用适当的关联关系或进行独立的热处理分析。曲线也不能消除化学成分或奥氏体晶粒尺寸的影响；这些因素本身就是决定曲线的因素之一。 因此，在试样和试验规程受到控制的情况下，Jominy 试验可以比较不同钢材或不同热处理条件。它可以显示，在规定的端淬热历程下，钢材的硬度响应能够延伸多远。但它不能将一个压入硬度值变成对淬透性的完整描述。真正有用的结果是硬度与距离之间的关系，并且这一关系必须与试样尺寸、奥氏体化处理、水淬条件、硬度测量方法以及适用标准联系起来。 ## 试样几何尺寸与试验标准 只有在已知试样、加热循环、淬火装置、硬度测量方法和报告方法的情况下，乔米尼试验结果才具有意义。该试验不会产生一个脱离具体试验程序的材料常数，而是记录特定钢试样对规定热历史的响应；随着距淬火端距离的增加，所测硬度也会发生变化。 这一点很重要，因为硬度和淬透性回答的是不同的问题。硬度是在规定试验方法下、某一特定位置测得的抗力。淬透性则是钢在淬火后形成的硬度深度及其分布。ASTM A255-20 将其定义为“钢淬火时能够硬化的深度”。因此，乔米尼曲线所需要的信息不止一个硬度数值：还需要距淬火端的距离，以及形成冷却梯度的试验条件。 ### ASTM A255 与 1 英寸试样 ASTM A255-20《*测定钢淬透性的标准试验方法*》规定了采用直径为 1 英寸圆柱形试样进行定量端淬，即乔米尼试验。该尺寸并非对试验棒的随意描述，而是试验方法的一部分，并会影响试样在端淬之前、端淬过程中以及端淬之后的热响应。 通常的程序首先是将圆柱形试样加热至规定的奥氏体化温度。随后将试样置于试验装置中，并使水射流接触试样的一端。淬火端冷却最快；距离淬火端较远的位置受到的直接冷却作用较小，因而在不同条件下冷却。冷却后，在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度，并将这些读数绘制成淬透性曲线。伊利诺伊大学材料技术与创新实验室将这一过程描述为：把圆柱形试样加热至奥氏体化温度，用水射流淬冷一端，然后沿试样测量硬度。 这种几何尺寸形成的是一个受控范围，而不是单一冷却速度。剑桥大学解释道，试样一端采用水淬，而其余部分在空气中冷却，从而沿试棒产生连续变化的冷却速度。因此，随着距淬火端的距离增加、冷却强度降低，该曲线显示钢材在多大范围内仍保持形成硬质转变产物的能力。 硬度陡降可能表明，该钢材只有在淬火端附近才能实现较强的硬化。较平坦的曲线则表明，在试验条件下，距淬火端更远的位置仍能保持较高硬度。但这两种观察结果都不应被转化为适用于所有可能构件的普遍结论。实际零件具有不同的直径、形状、炉内热历史、转移时间和淬火介质。乔米尼曲线是对材料响应的标准化比较，而不是适用于所有几何形状的直接硬度分布图。 当材料通过牌号进行标识时，ASTM A255 同样具有重要意义。碳钢或低合金钢的报告结果应注明牌号，并在适用时注明炉次或样品标识；如果试验记录对此有要求，还应注明试样取向，以及所依据方法的标准版本。正如 ASM International 所指出的，钢的化学成分和奥氏体晶粒度是影响淬透性的主要因素。因此，该曲线既与受检材料有关，也与材料此前所经历的热状态有关。 ### ISO 642:2024 与直径 25 mm、长度至少 100 mm 的试件 ISO 642:2024《*钢——端淬法测定淬透性（乔米尼试验）*》规定，试件直径为 25 mm，长度至少为 100 mm。该几何尺寸与 ASTM 的安排相似，但“相似”并不意味着“相同”。25 mm 的直径比 1 英寸，即 25.4 mm，小约 0.4 mm。这一差异看似很小，但基于标准的试验是由其明确规定的尺寸和程序定义的，而不是由外观上的相似性定义的。 ISO 标准还规定了最小长度：试件长度必须至少为 100 mm。直径和长度必须与加热、定位、端淬、表面制备、硬度试验及结果表示方面的要求结合起来理解。实验室不能仅仅因为将任意一根棒材置于水射流下并绘制硬度曲线，就认定其符合 ISO 642:2024。完整的方法要求决定了试验结果。 当数据在不同实验室之间传递，或与已发表的曲线进行比较时，这一点尤为重要。两份记录可能都使用“乔米尼”一词，但其中一份注明采用 ISO 642:2024，另一份则注明采用 ASTM A255-20。它们的基本试验原理相同：将钢试件加热后从一端淬火，并在距该端逐渐增加的距离处测量硬度。但在将曲线视为可直接等效之前，仍必须核查两者在尺寸和程序方面的要求。 ISO 试件的最小长度还说明了为什么试样尺寸不是一个孤立的数值。淬火端之外必须有足够的材料，以提供预期的冷却响应范围和测量位置。改变长度、端部状态、夹具、水流供给或计时，都可能改变热历史。此时，所测曲线描述的是经过改变的试验，而不一定是 ISO 642:2024 所规定的响应。 ### 为什么不能混淆标准与试样尺寸 ASTM A255 和 ISO 642:2024 描述的是密切相关的端淬试验，但应明确指出所采用的标准，而不应将其笼统归并为未定义的“乔米尼值”。ASTM 方法规定采用直径为 1 英寸的圆柱形试样。ISO 642:2024 规定试件直径为 25 mm，长度至少为 100 mm。这些是有明确依据的尺寸要求，并非可以互换的标签。 建立具有充分依据的淬透性报告所需的最低可追溯性字段。 | 报告项目 | 需记录的信息 | |---|---| | 材料标识 | 牌号、依据的规范、炉号或铸号、产品形态以及试样标识 | | 热循环 | 加热方法、奥氏体化温度、保温时间、气氛和转移时间 | | 试样和标准 | 所采用标准及版本、实测尺寸、端部制备情况以及偏差 | | 淬火 | 淬火端、水的状态、喷嘴或射流细节、对中情况以及持续时间 | | 硬度数据 | 硬度标尺、仪器、表面制备、测量距离、原始读数和曲线 | | 验收依据 | 适用图纸、产品规范、客户要求，或仅作描述性用途的状态 | 因此，一份可靠的报告应说明标准及其版本、试样尺寸、钢材标识、奥氏体化条件、淬火细节、硬度标尺、测量距离，以及所得曲线或数据表。如果实验室修改了规定的尺寸或程序，报告应将该试验标明为经过修改的试验，而不应暗示其完全符合标准。 这种报告规范可以避免一个常见错误：将单一硬度值等同于淬透性。在 10 mm、20 mm 或其他距离处测得的硬度读数，只描述响应曲线上的一个点，并不能确定整个硬化深度或硬度分布。材料教育基金会将乔米尼试验描述为：在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度，以确定钢的淬透性；多个测量位置是该方法的核心。 标准是试验结果的一部分。如果没有注明标准，“乔米尼硬度”这一说法就无法回答所采用的试样几何尺寸、冷却装置、制备方法和测量规则。明确标准后，曲线才具有确定含义，并且能够在适当谨慎的前提下进行比较。 ## 从淬火端距离到淬透性曲线 乔米尼试验可将一个淬火试样转化为一系列硬度测量结果。关键变量并不只是钢材在某一位置的硬度有多高，而是随着距淬火端的距离增加、局部冷却速率逐渐降低时，测得的硬度如何变化。 ASTM A255-20 将淬透性定义为钢材淬火时能够硬化的深度。其定量端淬方法采用直径为 1 英寸的圆柱形试样（ASTM International，2020）。ISO 642:2024 规定，端淬试验所用钢制试件直径为 25 mm，长度至少为 100 mm（International Organization for Standardization，2024）。这些尺寸较为接近，但不应将其视为对所有试验的可互换描述。适用的标准决定试样、加热、淬火、硬度测量方法以及报告要求。 试验首先将圆柱形试件加热至规定的奥氏体化温度。随后，使试件的一端暴露于水射流中，同时让棒材的其余部分在空气中冷却。伊利诺伊大学将这一过程描述为乔米尼试验的基础（University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory，2024）。由于淬火端散热最快，因此经历最剧烈的冷却。沿棒材向远离淬火端的方向，冷却逐渐变得不那么剧烈。剑桥大学将这种布置描述为沿试样产生连续变化的冷却速率范围（University of Cambridge，2012）。 ![钢的淬透性与乔米尼端淬试验](/images/uploads/ff4bd3ed-cb05-45e2-b185-f4a7c7b27001/wiki-inline-a-prepared-longitudinal-hardness-track-on-a-quenched-steel-jominy-specimen-with-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/ff4bd3ed-cb05-45e2-b185-f4a7c7b27001/wiki-inline-a-prepared-longitudinal-hardness-track-on-a-quenched-steel-jominy-specimen-with-2027x2560.avif "放大图片 — 钢的淬透性与乔米尼端淬试验")A clean, flat measurement track helps each hardness reading represent the underlying steel. ### 制备硬度测量表面 #### 测量表面注意事项 应制备硬度测量轨迹，使压头接触完好的钢材。氧化皮、脱碳、粗糙度、磨削损伤、边缘效应以及间距过小的压痕都可能使结果失真。 在覆盖有氧化皮、脱碳层、粗糙加工痕迹或不均匀氧化层的表面上，无法可靠地测量硬度。试样完成规定的淬火并冷却至足以进行操作后，应对用于测量的表面进行处理，使压头接触到完好的钢材，而不是发生改变或受损的材料。 淬火端本身并不是唯一相关的位置。测量表面沿试样长度方向从该端延伸，使硬度能够在已知距离处进行测量。因此，表面处理必须沿棒材形成一条较为平整、洁净的带状区域。磨削或机械加工可去除氧化皮以及受热影响的近表面层，而受控的精加工则可减少沟槽、波纹或过度磨削热所造成的误差。制备过程不应引入新的热影响，也不应去除过多材料，以免改变试样原定的几何形状和测量位置。 具体的精加工方法、硬度标尺、测量间距和报告格式应遵循所选用的试验标准。ASTM A255-20 与 ISO 642:2024 不应随意混用：遵循 ASTM 要求的实验室应按照 ASTM 的规定制备和测量试样，而进行 ISO 试验时则应遵循 ISO 642。关键在于程序要求，而非表面外观。在氧化皮或脱碳钢材上形成的硬度压痕，可能反映的是该表面状态，而不是其下方淬火钢材的状态。 表面还必须具有足够的宽度，并在各压痕之间保留足够的间隔，以确保各次硬度测量彼此独立。压痕之间距离过近、距离边缘过近，或位于明显缺陷区域，都可能使结果发生偏差。如果表面弯曲或精加工不良，压头可能无法正确就位。因此，乔米尼试验是一套受控的测量程序，而不是在棒材任意位置进行的非正式硬度检查。 ### 测量距淬火端不同距离处的硬度 测量表面准备好后，应在距水淬端逐渐增加的各个距离处记录硬度。第一次测量对应于在试验中最剧烈冷却条件下冷却的钢材。后续测量对应于冷却速度较慢的位置。距离应沿试样从淬火端开始测量，并将每个硬度读数与其确切位置对应起来。 Materials Education Foundation 将乔米尼试验描述为：在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度，以确定钢材的淬透性（Materials Education Foundation，2024）。这一表述抓住了核心区别：试验并不只是询问“这种钢有多硬？”而是询问“当规定试样沿长度方向的冷却条件发生变化时，钢材的硬度响应如何变化？” 必须明确硬度标尺。对于许多钢材乔米尼试验结果，当材料硬度足以适用该标尺时，通常采用 Rockwell C 标尺报告硬度；但具体允许采用的方法取决于所选标准和测量范围。没有标明标尺的数值是不完整的。“52”可能表示 HRC，也可能表示另一种 Rockwell 标尺的数值，或另一种硬度测量方法的数值，不能将这些数值视为描述同一性质而直接比较。 淬火端附近的单个测量值可能表明钢材在某一种剧烈冷却条件下达到的硬度，但不能确定该硬度能够保持多远。同样，距淬火端较远处的硬度读数可能反映较慢的冷却，但单独一个读数无法描述从高硬度到低硬度的完整过渡。淬透性表现为一系列响应的分布，而不是一个单独的硬度数值。 根据 ASM International（1990）的资料，钢材化学成分和奥氏体晶粒度是影响这一响应的主要因素。碳会影响转变组织所能达到的硬度，而合金元素和晶粒度会影响不同竞争性转变所需的冷却条件。乔米尼曲线记录的是这些因素在规定试验历程下共同作用的结果。它本身不能单独分离出化学成分或晶粒度的影响。 ### 绘制硬度与距淬火端距离的关系曲线 将硬度绘制在纵轴上，将距淬火端的距离绘制在横轴上，便可将这些读数转化为淬透性曲线。纵轴必须标明硬度标尺，例如在适用时标明 HRC。横轴必须标明距离单位和参考点：零点为水淬端，距离增加表示冷却逐渐变得不那么剧烈。 #### 如何读取乔米尼曲线 - **曲线高度** 表示在规定冷却条件附近形成的硬度。 - **曲线斜率** 表示随着冷却变得不那么剧烈，硬度下降的速度。 - **曲线保持性** 表示从淬火端起硬度维持较高水平的距离。 - **曲线散布** 可能表明测量变异、制备问题或材料变异。 曲线通常从最靠近淬火端处测得的硬度开始，然后沿棒材描绘硬度响应。陡峭的下降表示硬度在较短距离内大幅降低。就实际意义而言，这表明钢材仅能在该试样相对有限的区域内保持较高的淬火硬度。下降较为平缓则表示距淬火端较远处仍能保持较高的测量硬度，说明在乔米尼冷却梯度下具有更大的硬化深度。曲线的形状与起始点同样重要。 曲线应根据实际测量结果绘制，而不应以某一个选定数值取代全部结果。重复试验、允许采用的拟合方法、测量不确定度以及 ASTM A255-20 或 ISO 642:2024 的报告规定，共同决定最终结果的呈现方式。平滑曲线有助于显示趋势，但不得掩盖离散的测量读数，也不得表现出测量结果无法支持的精度。 乔米尼曲线反映的是在规定端淬历程下产生的响应。它可以比较按照相同要求进行试验的钢材，并显示硬度如何随距离变化。但曲线本身无法准确预测在特定淬火槽中淬火的厚齿轮、钢板、轴或铸件内部的硬度分布。零件几何形状、搅拌、淬火介质、转移时间、奥氏体化工艺以及初始显微组织都会改变冷却历程。因此，曲线是规定试验条件下淬透性的证据，而不能替代针对单个零件的热处理分析。 ## 冷却速率、转变与曲线的含义 ### 棒材沿长度方向的连续冷却条件 乔米尼试样从一端到另一端并不会经历单一的淬冷强度，而是经历一个梯度。在标准化试验中，圆柱形钢试样首先被加热至奥氏体化温度，随后使一端暴露于水射流中，而试样的其余部分则在空气中冷却。伊利诺伊大学材料技术与创新实验室将这一过程描述为基本的乔米尼试验程序（2024）。水冷端快速散热；距离该端越远的位置，受到的直接冷却越少，主要通过试样本身和周围空气进行热交换。 正如剑桥大学在其对该试验的介绍中所解释的那样，这种布置沿棒材长度方向形成连续变化的冷却条件（2012）。确切的冷却历程并不只由距离决定，还取决于试样几何形状、初始温度、水射流布置、淬冷状态、暴露表面以及钢材的热学性质。因此，在该试验中，距离是一个受控位置，而不是一种可以普遍换算为单一冷却速率的量；这种冷却速率不能适用于所有试样或所有实际生产部件。 尺寸是试验方法的一部分，而不是无关紧要的细节。ASTM A255-20规定，定量端淬试验应采用直径为1英寸的圆柱形试样。ISO 642:2024规定，试件直径为25 mm，长度至少为100 mm。在比较结果时，不应随意混用这些标准及尺寸，因为几何形状或试验程序的改变可能改变热流，从而改变转变响应。乔米尼曲线只有结合其所依据的标准和试验条件来理解才具有意义。 该棒材也不是一个具有简单“表面—中心”冷却模式的微型部件。在油、水、聚合物溶液或气体中淬火的部件，会形成由其形状以及表面传热所决定的空间冷却场。相比之下，乔米尼试样提供的是可重复的实验室冷却梯度。一次试验可以涵盖多种淬冷强度，但它并不能再现所有部件的几何形状。 这一点很重要，因为淬透性是对特定热历程的响应。ASTM A255-20将其定义为钢材淬火后能够硬化达到的深度。ASM关于碳钢和低合金钢的章节将同一性质描述为决定淬火所产生硬度的深度和分布（ASM International，1990）。这两个定义都没有说淬透性是钢材淬火前或淬火后的硬度数值。 ### 淬火过程中的奥氏体转变 加热会将初始组织转变为奥氏体，前提是所选的奥氏体化处理适合该钢种及其状态。随后进行淬火，使热量以足够快的速率移除；而在某一具体位置，冷却也可能相对较慢。由此决定奥氏体冷却过程中能够发生哪些转变。关键问题并不只是试样最终冷却到多低的温度，而是奥氏体在达到低温转变条件之前，在能够形成扩散型产物的温度范围内停留了多长时间。 在水淬端，冷却历程可能抑制原本会形成铁素体、珠光体或贝氏体组织的转变，使较大比例的奥氏体在继续冷却时转变为马氏体。远离淬冷端的位置经历的热历程较缓和，因此竞争性转变有更多机会开始发生。最终组织可能含有不同比例的转变产物，其硬度也可能随之下降。曲线记录了这种变化，但曲线本身并不能识别每一种组织，也不能给出各相的含量。 这种限制至关重要。硬度读数不能建立完整的转变图，而乔米尼曲线也不能被解读为冷却速率的直接列表，除非已经针对同一装置和相同条件另行确定这些速率。曲线是一种间接记录：每个距离对应于该试验中特定的热响应，而测得的硬度反映了这一热响应所形成的显微组织。 成分控制冷却过程中转变被延迟或得以发生的难易程度。碳会显著影响马氏体能够达到的硬度，而合金元素则可以改变转变行为，并增加淬火能够形成硬质马氏体组织的深度。奥氏体晶粒尺寸同样十分重要。ASM指出，钢的成分和奥氏体晶粒尺寸是影响淬透性的主要因素（ASM International，1990）。较大的原始奥氏体晶粒尺寸可能改变形核条件和转变动力学。因此，即使两个试样名义上属于同一钢种，只要其热历程或晶粒组织不同，也可能产生不同的曲线。 因此，该试验测量的是特定材料状态下的响应，而不是抽象的钢种标签。奥氏体化温度、保温时间、先前加工过程、晶粒尺寸、表面状态以及淬火细节，都会影响奥氏体最终转变为何种组织。某一状态下得到的结果，不应被视为该牌号在所有热处理条件下都会产生相同曲线的证据。 ### 硬度为何随距离变化 硬度随距离变化，是因为距离改变了冷却历程，而冷却历程又改变了最终形成的显微组织。靠近淬冷端的位置散热最为剧烈。距离越远，热量在棒材中保留的时间越长，并在不同条件下逸出。因此，形成的组织可能从端部附近以马氏体为主的材料，变化为在冷却较缓和的位置含有较软转变产物的混合组织。具体的转变取决于钢种和材料状态；应通过测量确定，而不应根据通用示意图臆测。 区分影响硬度水平的因素与影响硬化深度的因素。 | 因素 | 主要影响 | 解读注意事项 | |---|---|---| | 碳含量 | 强烈影响可达到的马氏体硬度 | 较高的硬度潜力不保证更深的硬化深度 | | 合金元素添加 | 能够延迟铁素体、珠光体或贝氏体转变 | 其影响取决于完整的化学成分和材料状态 | | 奥氏体晶粒尺寸 | 改变转变形核和动力学 | 粗大晶粒可能提高淬透性，但会降低韧性 | | 截面尺寸和几何形状 | 改变零件中的局部冷却速率 | 乔米尼距离不是零件位置的直接对应值 | 碳含量会影响测得的数值，但不能解释整条曲线。马氏体硬度强烈依赖于碳含量，因此，即使两种钢的淬硬响应在其他方面相近，不同的碳含量也可能使其呈现不同的硬度水平。反过来，当合金化程度、晶粒尺寸、洁净度或奥氏体化工艺改变了转变行为时，碳含量相近的钢材在相同乔米尼距离处也可能表现出不同的硬度。 测得的数值还取决于硬度测试方法和试验准备情况。表面脱碳、粗糙度、对准情况、压痕之间的间距、测量标尺以及局部缺陷，都可能使结果产生偏差。通常，在制备纵向平面或其他规定的测量表面后，从淬冷端起在一系列递增距离处进行测试，然后绘制硬度—距离曲线。材料教育基金会对这一基本解读作了说明：在距淬冷端逐渐增加的距离处测量硬度，以确定淬透性（2024）。 因此，所绘制的曲线并不是整个钢材的直接硬度等级，而是钢材在乔米尼热梯度下的硬度响应图。远离淬冷端仍保持相对较高的硬度值，表明与端部经历的冷却条件相比，该钢材在较弱的冷却条件下仍保有较强的淬硬响应。硬度快速下降，则表明随着冷却变得不那么剧烈，显微组织变得更软。这些表述涉及响应曲线的形状和位置，而不是基于某一个孤立硬度数值进行普遍排序。 部件工程师可以利用该曲线，将钢材的冷却响应与部件预期的冷却条件进行比较，但前提是考虑截面尺寸、几何形状、淬冷介质以及热处理工艺。乔米尼试验结果并不能证明部件在所有对应位置都会具有完全相同的硬度。它提供的是关于钢材在淬冷强度降低时如何发生转变的受控证据。这就是曲线的含义，也正因为如此，淬透性必须与硬度区分开来。 ## 成分与奥氏体晶粒尺寸 淬透性并不是硬度的同义词。ASTM A255-20 将淬透性定义为钢淬火时能够硬化的深度，而 ASM Handbook 将其描述为决定淬火所产生硬度的深度和分布的性能。一种钢在淬火表面附近可能达到很高的硬度，但向内部硬度迅速下降。另一种钢的表面硬度可能相近，却能在距离淬火表面更远处保持马氏体，从而保持有用的硬度。 这种区别在乔米尼末端淬火试验中表现得十分清楚。ASTM A255-20 规定使用直径为 1 英寸的圆柱形试样；ISO 642:2024 规定试件直径为 25 mm、长度至少为 100 mm。在比较结果时，这些尺寸并不是可以随意互换的细节。试样被加热至规定的奥氏体化状态，垂直悬挂，并在一端用水射流进行淬火。伊利诺伊大学介绍了从该淬火端开始、沿距离逐渐增加的位置进行硬度测量的方法；剑桥大学则解释说，水冷端与其余部分的空气冷却共同在试棒全长上形成连续变化的冷却速率。以硬度对距离作图所得的曲线，就是乔米尼淬透性曲线。 该曲线是成分、先前热历史、试样几何形状、奥氏体化处理以及施加的冷却模式共同作用的响应。它不是脱离试验条件而独立存在的单一材料常数。ASM International 指出，钢的成分和奥氏体晶粒尺寸是影响淬透性的主要因素。这些因素通过不同机制发挥作用，不应被简化为同一个问题：“这种钢有多硬？” ### 钢成分的作用 淬透性**淬透性** 钢在规定淬火条件下于更大深度形成并保持硬度的能力；它不同于最大硬度。 成分主要通过改变奥氏体在冷却过程中发生转变的温度和速率来影响淬透性。锰、铬、镍和钼等合金元素能够延迟奥氏体向铁素体、珠光体或贝氏体的转变。当这些转变被推迟到更长时间后，截面中更大部分的区域便能在淬火过程中避免发生这些转变，转而形成马氏体。只要冷却速率和钢中的碳含量允许形成马氏体，结果就会是更深的硬度分布。 碳也参与这一过程，但必须区分其不同作用。碳对马氏体能够达到的硬度有很大贡献。相比之下，合金元素添加对改变转变动力学尤为重要，因此也会改变抑制截面内扩散型转变产物所需的冷却速率。碳同样会改变转变行为，因此这种区分并非绝对，而是强调重点不同。说“合金越多，钢越硬”过于粗略。更准确的说法是：合金含量能够使特定的冷却历史更有利于在深处形成马氏体；而碳含量则在很大程度上决定该马氏体能够达到的硬度，同时还受到回火和显微组织等因素的影响。 因此，必须根据准确的牌号、规范以及适用的 designation 来确定成分。例如，“4140”是铬钼合金钢的牌号 designation，但报告试验结果时仍需注明相关产品规范、化学成分限值、热处理条件和试验方法。牌号名称并不能消除允许的成分范围。同一 designation 内的两炉钢可能处于这些限值范围内的不同位置，而碳含量或合金元素含量的细微变化也可能改变转变行为。“低合金钢”是一个有用的类别描述，但在比较两条乔米尼曲线时，并不是充分的化学成分定义。 同样的谨慎也适用于碳钢和表面硬化钢种。普通碳钢与镍铬钼钢在淬火端的硬度可能相近，但其硬度下降斜率以及能够保持硬度的距离可能不同。反过来，高碳成分可能在近表面产生很高的硬度，却无法使大型截面实现深层硬化。曲线为所测试的冷却条件提供了证据；单凭名义牌号并不能得出结论。 乔米尼试验结果也不能直接适用于所有零部件形状。圆柱棒材、板材和复杂锻件的散热方式不同。截面尺寸、表面状态、淬火剂搅拌以及棱角的存在，都会改变局部冷却历史。Grossman 淬透性分析及其他工程方法可以将材料响应与淬火烈度和截面几何形状联系起来，但乔米尼曲线本身并不能说明任意零件每个位置的硬度。 ### 碳含量与可达到的马氏体硬度 当奥氏体以足够快的速率冷却，从而防止或限制扩散型转变时，便会形成马氏体；但马氏体的硬度在很大程度上取决于淬火前溶解在奥氏体中的碳。对于有实际意义的碳含量范围，提高碳含量通常会提高未经回火马氏体能够达到的硬度，因为碳会使马氏体晶格发生畸变，并提高其抗变形能力。这是硬度效应，并不意味着可以将碳含量作为淬透性的完整衡量指标。 低碳钢在适当的冷却历史下可以实现整个截面的硬化，但其最大硬度仍可能低于高碳钢。高碳钢在乔米尼淬火端可能表现出很高的硬度，但如果其成分不足以充分延迟珠光体、铁素体或贝氏体的形成，硬度就可能随距离增加而急剧下降。低碳合金钢的硬度上限可能较低，却能在距离淬火端更远处保持该硬度。这是两种不同的结果：前者是可达到的马氏体硬度，后者是硬化深度。 碳还会影响奥氏体化过程中奥氏体的数量和稳定性。如果碳未能充分溶解，奥氏体成分就会不同于名义整体成分；如果溶解过度，则可能发生晶粒长大及其他变化。因此，所测曲线反映的是选定的奥氏体化温度和保温工艺，而不仅仅是化学成分。淬火后，回火会进一步改变硬度，因此不应将回火态硬度分布与淬火态乔米尼曲线进行比较，仿佛二者代表相同状态。 因此，水淬端的一个硬度数值所提供的证据是不完整的。它可能表明局部马氏体成分所能达到的硬度，但不能显示硬度下降的速度、混合显微组织从何处开始形成，或更大截面中有多少区域能够硬化。随距离变化的曲线才是相关测量结果。 ### 奥氏体晶粒尺寸对淬透性的影响 原始奥氏体晶粒尺寸会影响淬透性，因为铁素体和珠光体等转变产物通常在奥氏体晶界处形核。较粗大的奥氏体晶粒使单位体积内的晶界面积减小，从而减少潜在形核位置的数量，并倾向于延迟冷却过程中的扩散型转变。这种延迟能够使马氏体在较低的冷却速率下形成，因此，较粗的原始奥氏体晶粒尺寸可能提高测得的淬透性。 这种影响并非没有代价。晶粒长大可能降低韧性并改变尺寸稳定性；即使能够提高表观硬化深度，过大的晶粒尺寸也可能无法接受。细晶粒通常会促进扩散型转变较早发生，但能够提供更好的韧性和更稳定的力学性能。合理的选择取决于零部件、热处理工艺和所需性能，而不是单纯追求更大的某一乔米尼距离。 晶粒尺寸也说明了为什么在缺少先前热处理历史的情况下不能比较曲线。即使两个试样取自同一规范，如果一个试样经过正火，另一个试样在更高的奥氏体化温度下保温时间更长，或者加热和冷却工艺导致不同的原始奥氏体晶粒尺寸，它们也可能得到不同的结果。碳化物、未溶解的富合金元素颗粒以及偏析，还可能进一步影响淬火过程中可获得的奥氏体成分。因此，除化学成分外，试验报告还应注明奥氏体化温度、保温时间、试样状态和测量程序。 当这些变量得到控制时，乔米尼曲线才具有实际意义。成分决定了转变动力学对冷却的响应方式等因素；碳有助于确定所形成马氏体的硬度；奥氏体晶粒尺寸则改变竞争性转变开始的难易程度。这些因素共同说明，淬透性是一种测得的响应，而不是一个硬度标签。当牌号、晶粒尺寸、先前处理、试样尺寸和试验标准都得到明确控制时，该曲线能够支持有依据的比较。缺少这些信息时，一个硬度数值或一条未标注的曲线就会引发试验本来意在避免的混淆。 ## 碳钢、低合金钢与牌号比较 ### 碳钢对淬火的响应 碳钢并不存在一种固定不变的淬透性响应。其行为取决于碳含量、原始奥氏体晶粒尺寸、截面尺寸、奥氏体化工艺以及淬火烈度。碳含量会显著影响马氏体能够达到的硬度，但这一事实本身并不能说明某种钢从淬火表面向内究竟能够淬硬多深。小型试样可能形成较高的表面硬度，而较大截面在其中心附近仍会保留铁素体、珠光体或贝氏体，因为内部冷却得更慢。 这一差别是 ASM 于 1990 年出版的章节 *碳钢和低合金钢的淬透性* 的核心内容。该章节将淬透性定义为决定淬火后硬度形成深度及其分布的性质，而不是某一位置测得的最大硬度。ASTM A255-20 使用了密切相关的表述，将淬透性定义为“钢淬火时能够淬硬的深度”（[ASTM International，2020](https://store.astm.org/a0255-20.html "ASTM International，2020")）。因此，硬度是在指定位置观察到的数值；淬透性则描述材料内部响应的分布模式。 对于普通碳钢，在完全马氏体区域内，提高碳含量通常会提高可达到的硬度，但这还要受到钢材显微组织和热处理的制约。这并不意味着在任何淬火条件下，所有含碳量更高的牌号都会形成更深或更均匀的淬硬区。碳还会影响奥氏体的转变行为，而锰和残余元素即使在牌号被笼统称为“碳钢”时，也可能使其响应发生偏移。实际的化学成分范围十分重要。 末端淬火试验使这种空间响应变得可见。伊利诺伊大学材料技术与创新实验室介绍称，将圆柱形试样加热至规定的奥氏体化温度，然后用水射流对其一端进行淬火（[University of Illinois，2024](https://mtil.illinois.edu/tests/jomi "University of Illinois，2024")）。随后，在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度。所得的硬度—距离曲线就是 Jominy 曲线。 之所以会形成这条曲线，是因为试样并不是以单一且均匀的速率冷却。剑桥大学材料转变资源说明，一端采用水冷、其余部分采用空气冷却，会沿试棒形成连续变化的冷却速率范围（[University of Cambridge，2012](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Jominy/index.html "University of Cambridge，2012")）。靠近水射流处，奥氏体经历最剧烈的冷却；距离越远，冷却速率越低。某种碳钢的硬度随距离迅速下降，而另一种碳钢在试样更远处仍保持相近的硬度，即使二者在淬火端具有相同硬度，它们的淬透性响应也并不相同。 试验几何尺寸和试验程序必须与结果一并考虑。ASTM A255-20 规定，定量末端淬火试验使用直径为 1 英寸的圆柱形试样。ISO 642:2024 则规定，钢的末端淬火试验使用直径 25 mm、长度至少 100 mm 的试件。这些尺寸虽然接近，但不应在未说明的情况下视为可相互替代的规范。奥氏体化温度、保温时间、炉内气氛、转移时间、水温、水射流状态、硬度标尺、测量间距以及表面制备等因素，均可能影响所报告的曲线。 ### 低合金元素添加与整体淬硬响应 低合金元素的添加，主要通过延迟冷却过程中与马氏体形成相竞争的转变来改变淬透性。锰、铬、钼和镍能够改变铁素体、珠光体及贝氏体形成的温度和时间进程。当这些转变被推迟后，冷却较慢的内部区域仍可能达到马氏体转变范围。这就是许多合金钢具有更强整体淬硬响应的冶金基础。 其作用并不是简单的“合金元素越多，硬度越高”。合金元素可以通过不同机制影响淬透性、碳化物形成、回火响应、残余奥氏体以及最终显微组织的硬度。例如，铬和钼可能参与碳化物相的形成并影响转变动力学；镍会改变转变行为，但其作用方式并不完全等同于强碳化物形成元素。锰能够提高淬透性，但必须结合碳含量、硫的控制、先前加工过程以及其余成分综合考量。在适当的冶金状态下，少量硼即可产生显著的淬透性效果，但其作用取决于碳、氮、钛或铝的控制方式以及加工历史。 ASM 将钢的成分和奥氏体晶粒尺寸列为影响淬透性的主要因素（[ASM International，1990](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/282065/Hardness-and-Hardenability-of-Steels-1 "ASM International，1990")）。晶粒尺寸之所以重要，是因为较大的原始奥氏体晶粒为某些扩散型转变产物的形核提供了更小的晶界面积。然而，晶粒粗化并不是一种无代价的改善措施：它可能损害韧性和尺寸稳定性。因此，如果预期采用的热处理不同，仅依据测得的曲线进行比较仍可能是不完整的。 “整体淬硬”这一术语同样需要谨慎理解。它并不意味着钢制零件的每一个截面都会均匀转变为马氏体。Jominy 曲线反映的是对一系列梯度冷却速率的标准化响应，并不能直接预测所有直径、几何形状、搅拌条件或淬冷剂下的结果。工程方法可能会结合 Jominy 数据以及截面尺寸和冷却关系进行计算，但预测结果仍然取决于这些方法所依据的假设。水淬棒材、油淬齿轮和聚合物淬火板材并不具有一种普遍适用的冷却历程。 同样，Jominy 端部的高硬度值也不能证明钢具有深淬能力。端部受到最剧烈的冷却，即使某种钢在距离端部不远处硬度便迅速下降，端部仍可能形成马氏体。反之，较低的测得硬度可能反映的是碳含量、回火状态、残余奥氏体或混合相，而不一定单独说明淬透性较差。必须结合热处理和显微组织对测量结果进行解释。 ### 为什么牌号标识不能替代试验数据 牌号标识表明的是某项规范、名义成分或化学成分范围；它并不提供实测的 Jominy 曲线。将“碳钢”与“低合金钢”进行比较，范围过于宽泛，无法据此支持关于淬透性的结论。即使比较具体的牌号，也必须准确说明牌号本身、适用标准、炉次或产品的实际化学成分，以及试验材料的状态。 具有依据的比较至少应明确五项内容：钢的牌号及适用标准；实测化学成分范围，包括相关合金元素和残余元素；奥氏体化温度及保温处理；淬火设备和淬冷介质；以及测量方法和硬度标尺。此外，还应说明结果来自 ASTM A255、ISO 642、其他明确规定的程序，还是工厂特定的试验。采用 1 英寸 ASTM 试样获得的曲线，不应被表述为自动等同于 ISO 642 结果，尽管两者试件的标称尺寸相近。 生产波动进一步限制了牌号标识所能确定的内容。以同一牌号销售的两个炉次，其成分可能在允许范围内存在差异。晶粒尺寸、锻造比、正火历史、脱碳情况以及奥氏体化工艺的差异，都可能改变测得的响应。因此，公布的名义成分只能提供背景信息，不能证明某一特定的淬透性曲线。 Materials Education Foundation 将 Jominy 方法描述为：测量距淬火端逐渐增加距离处的硬度，以确定钢的淬透性（[Materials Education Foundation，2024](https://materialseducation.org/educators/matedu-modules/docs/Hardenability_of_Steel.pdf "Materials Education Foundation，2024")）。这一表述准确说明了该试验的适用边界：它测量的是由规定冷却梯度产生的硬度响应。它不会将牌号名称转化为普遍适用的性能排名，也不能在冷却条件或几何形状不同的情况下替代针对具体截面的验证。 因此，合理的牌号比较应当提出这样的问题：“在什么条件下测得了何种响应？”而不应只问哪个牌号据称更硬。只有前一个问题涉及淬透性。 ## 读取和比较乔米尼曲线 乔米尼曲线是将测得的硬度与钢试样距淬火端的距离相对应绘制出的曲线。横轴通常从水冷端开始，延伸至空冷端；纵轴表示规定硬度标尺上的硬度，例如洛氏 C 标尺（HRC）、洛氏 B 标尺（HRB）或维氏硬度（HV）。应将该曲线理解为钢材对一系列受控冷却条件的响应记录，而不是单一的硬度等级。 ASTM A255-20 将淬透性定义为钢在淬火时能够硬化的深度，并规定了采用直径为 1 英寸圆柱形试样的定量端淬试验。ISO 642:2024 规定试样直径为 25 mm，长度至少为 100 mm。这些尺寸较为接近，但不能想当然地认为两项标准可以互换。适用的标准文件决定试验方法。 ### 淬火端附近的曲线高度 曲线左侧，即淬火端部分，显示了试验中最剧烈冷却条件下产生的硬度。该处数值较高，表明在特定的奥氏体化和水淬工艺下，被测试材料在靠近表面的位置形成了硬的转变产物。但这一本身并不能证明其具有较高的淬透性。 这一点很重要，因为碳含量会显著影响马氏体的硬度，而淬透性还取决于冷却过程中抑制珠光体或贝氏体等转变的难易程度。两种钢在靠近淬火端的位置可能达到相近的硬度，但沿试样向远端延伸后，曲线可能出现明显分离。硬度下降较慢的钢，在较慢冷却条件下仍保留了较硬的显微组织，因此在该试验中表现出更大的淬硬深度。 淬火端的数值还可能受到并非单纯由钢材牌号决定的条件影响。奥氏体化温度和保温时间会影响奥氏体状态。ASM International 在其 1990 年关于钢的硬度和淬透性的论述中指出，奥氏体晶粒尺寸是影响淬透性的主要因素；晶粒过度长大也可能改变曲线。表面脱碳、氧化、磨削损伤、水射流对中不正确，或硬度压痕距离边缘过近，都可能使最初的读数发生偏差。 因此，不能自动将起始高度较高的曲线描述为“淬透性更高”。它可能表示淬火端的淬后硬度更高、淬透性更高，或者两者兼具。要区分这些影响，必须依据曲线其余部分所提供的证据。 当所关注的是局部硬度响应时，曲线高度仍然具有实用价值。例如，某项规范可能要求在规定的乔米尼距离处达到最低硬度。该要求是验收标准，而不是对曲线含义的一般性定义。某个实测值是否合格，必须依据适用的材料规范或产品规范判定。 ### 曲线形状及硬度随距离的保持情况 乔米尼曲线的核心特征，是硬度随距离增加而下降的速率。伊利诺伊大学材料技术与创新实验室所描述的试验程序是：将圆柱形试样加热至奥氏体化温度，用水射流淬冷一端，在不断增加的距离处测量硬度，并绘制测量结果。剑桥大学解释了这种方法为何能够产生硬度分布：淬火端快速冷却，而距离淬火端越远的位置，在空气中的冷却速度逐渐降低。 陡峭的下降斜率意味着硬度在较短距离内损失。这种钢对冷却速度由快速转为较慢的变化反应强烈。较平缓的曲线意味着距淬火端更远的位置仍能保持较高硬度。就实际冶金意义而言，后一种响应表明，与淬火端相比，在不那么剧烈的冷却条件下，试样更大的深度范围仍能转变为硬的组织。 曲线不一定是直线。它可能在靠近端部的位置急剧下降，在中间区域趋于平缓，或因不同冷却速率下发生的转变而出现斜率变化。对于先出现短暂平台、随后下降、再出现第二次趋平的曲线，应将其理解为一系列响应，而不应简化为一个“平均淬透性”数值。曲线形状反映了成分、奥氏体晶粒尺寸、原始显微组织以及试验所采用的热历史。ASM 关于碳钢和低合金钢的 1990 年章节将淬透性描述为决定淬火后硬度形成深度及其分布的因素，这正是必须重视完整曲线轮廓的原因。 在某一给定距离处曲线位置较高，说明在该试验条件下保留了更多硬度。但这并不能证明生产构件的每个部位都会具有相同硬度。实际构件具有不同的几何形状、质量、表面状态和冷却路径。要将乔米尼试验结果转换为对构件响应的预测，需要规定的冷却模型或 Grossman 分析等方法；仅凭目视比较无法完成这种转换。 较高的曲线也不意味着某个牌号在所有情况下都更优。设计可能要求硬度、韧性、变形控制、焊接性和回火响应之间达到特定组合。乔米尼试验考察的是一种规定淬火历史下的一种响应，不能取代机械试验，也不能取代适用于成品零件的规范。 比较曲线时，应比较相应距离处的数据以及相应的硬度标尺。若没有适当且明确说明的换算方法，不能将以 HRC 绘制的曲线与以 HV 绘制的曲线进行数值排序。硬度换算并不是严格的物理等同性，尤其是在显微组织不同的情况下。曲线的报告方式同样会产生影响：用直线连接的数据点、拟合曲线以及插值表，可能以不同形式呈现相同的测量结果。 ### 离散性、重复性和比较条件 实际的乔米尼数据会存在离散性。一些变化来自硬度测量本身，但更大的差异可能源于试样制备和热处理操作。试样端面必须接受规定的水射流，试样必须正确居中，硬度测量轨迹必须经过适当制备，不能残留脱碳材料或粗糙表面。测量间距和报告方式必须符合主管试验程序的规定。 不应将单个异常点视为冶金学上的新发现。首先应检查该点是否超出了预期的测量重复性范围，压痕间距是否足够，以及试样表面或硬度标尺是否正确。重复试验若显示出相同的曲线形状变化，其证据权重高于单个孤立的高读数或低读数。 有意义的比较不仅要求试样具有相同的名义牌号。应采用相同的标准、试样尺寸、表面制备方法、奥氏体化温度、保温工艺、转移时间、淬火装置、硬度标尺、测量位置和报告方式。ASTM A255-20 规定试样直径为 1 英寸，而 ISO 642:2024 规定直径为 25 mm、最小长度为 100 mm；依据这两项标准获得的结果应分别按相应标准标注，而不应在未说明的情况下直接合并。 还必须考虑钢材的初始状态。成分很重要，但加热过程中形成的奥氏体晶粒尺寸同样重要。如果奥氏体化工艺不同，就不能假定某一次热处理得到的实验室曲线能够代表同一牌号的每一炉钢。这也是曲线在复制或引用时应附带试验条件的原因之一。 最后，应将曲线解读与合规判定区分开来。读取曲线可以表明硬度下降迅速、距淬火端更远的位置仍能保持硬度，或重复试验存在离散性。只有适用的规范才能规定允许范围、最低值、取样要求和验收决定。乔米尼曲线是在规定条件下反映淬透性的证据，而不是独立的产品推荐、牌号排序依据，也不能替代材料所附的验收要求。 ## 乔米尼、格罗斯曼和空冷淬透性试验 淬透性与硬度并不是同一种性质。ASTM A255-20 将淬透性定义为“钢淬火时能够淬硬的深度”，而硬度则是在特定试验方法下、特定位置测得的抗力。某种钢可能表现出很高的表面硬度，但从表面向下仅能淬硬很短的距离。另一种钢可能在表面达到相近的硬度，并且在截面内部更深处仍保持该硬度。 乔米尼法、格罗斯曼法和空冷淬透性方法回答的是相关但不同的问题。 | 方法 | 热历程 | 主要用途 | 不能提供的内容 | |---|---|---|---| | 乔米尼端淬 | 端部采用水淬；其余部分在空气中冷却 | 硬度与距离的响应关系 | 每个零件的精确硬度分布 | | 格罗斯曼分析 | 将规定的淬火烈度与截面尺寸相结合 | 将材料响应与几何形状及淬火烈度联系起来 | 沿试验棒进行的直接硬度测量 | | 空冷淬透性试验 | 规定的空气冷却条件 | 评估空冷条件下的响应 | 不能替代水端淬曲线 | ASM Handbook 将乔米尼、格罗斯曼和空冷淬透性试验视为用于考察这种响应的相关方法，而不是可以相互替代的试验。每种方法都会施加不同的热历史。乔米尼试验在一个试样上形成受控范围的冷却速度；格罗斯曼分析将钢的响应与淬火烈度及零件尺寸联系起来；空冷淬透性试验则考察在规定冷却介质为空气时会发生什么。一种方法得到的结果，除非存在明确的换算关系或模型，否则不能替代另一种方法的结果。 ### 乔米尼端淬法 乔米尼端淬试验是一种利用单个圆柱形试样获得淬透性曲线的标准化方法。ASTM A255-20 对定量端淬试验规定使用直径为 1 英寸的圆柱形试样。ISO 642:2024 规定使用直径为 25 mm、长度至少为 100 mm 的钢制试件。这些尺寸在实际应用中相近，但两个标准仍是相互独立的文件，各自对试样制备、加热、淬火、硬度测量和结果报告有不同要求。 基本过程较为直接。将机加工试样加热至规定的奥氏体化温度，并保温足够时间以达到规定的热状态，然后将其转移至夹具中。水射流冲击试样的一端。伊利诺伊大学材料技术与创新实验室在其 2024 年乔米尼试验规程中描述了这种加热及单端水淬过程。冷却后，通常沿试样长度方向加工出一条平面，并在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度。 该试验的价值源于其物理过程。淬火端经历最剧烈的冷却，而距离淬火端越远的位置，由于主要通过间接方式并部分依靠空气冷却，其冷却速度逐渐降低。剑桥大学解释说，这种布置会沿试样形成连续的冷却速度范围。因此，将硬度对距离作图，可以显示随着冷却速度降低，钢的实测硬度响应如何变化。 在靠近淬火端的位置，硬度很大程度上取决于碳含量，以及奥氏体是否转变为马氏体，而不是转变为珠光体或贝氏体等较软的组织。在远离淬火端的位置，合金元素和奥氏体晶粒尺寸变得十分重要，因为它们会在较慢冷却过程中延缓扩散型转变。ASM International 在其 1990 年关于硬度和淬透性的论述中，将钢的化学成分和奥氏体晶粒尺寸确定为影响淬透性的主要因素。 曲线本身才是试验结果，而不是某一个单独的硬度数值。曲线形状可以表明钢在多大深度范围内能够保持特定的硬度响应，但它并不能直接说明每一种实际零件中的硬度分布。棒材、齿轮、板材或锻件都有自身的直径、几何形状、表面状态、奥氏体化历史和冷却路径。乔米尼试样还具有特殊的一维热梯度，这种热梯度不会在厚大零件的所有位置重现。 #### 不要将曲线用作零件性能保证 应将乔米尼数据与截面厚度、几何形状、转移时间、淬冷介质、搅拌和局部冷却条件相匹配。关键零件可能需要具有代表性的工艺试验、硬度 traverses 或金相检验。 乔米尼曲线本身不能证明某个零件在油、水、聚合物或空气中淬火时能够完全淬硬至中心。淬火端取得的某个硬度值也不能代表钢的完整淬透性。解释曲线时，必须结合预期的截面尺寸和淬火热历史。 ### 格罗斯曼临界直径分析 格罗斯曼分析所针对的是另一个工程问题：钢的转变响应、截面尺寸和淬火烈度如何共同决定淬硬深度？该方法区分了两个经常混淆的概念。钢具有内在的淬硬响应，而淬火介质和零件几何形状则决定热量移除的速度。 格罗斯曼 H 因子**格罗斯曼 H 因子** 用于表示淬火烈度的参数，将表面传热与截面尺寸及钢的硬化响应联系起来。 该方法采用通常以格罗斯曼 H 因子表示的淬火烈度，用于描述表面传热的有效性。与较缓和的淬火相比，更剧烈的淬火能够更快地带走热量，但实际结果还取决于搅拌、温度、蒸汽膜行为、表面状态以及零件形状。随后，格罗斯曼分析将这种淬火烈度与截面尺寸及极限淬硬条件联系起来。 理想临界直径是指一种假想圆棒的直径：在理想化淬火条件下，该圆棒能够达到规定的中心状态。实际临界直径则将选定的淬火烈度应用于零件。这些术语不是乔米尼距离的不同名称。乔米尼距离是试验棒上的一个位置；临界直径则是通过分析淬火烈度和钢的响应而得到的截面尺寸结果。 乔米尼数据可以为格罗斯曼计算或图表提供钢材响应输入，但计算还会加入关于几何形状和传热的假设。因此，由同一炉次钢材制成的两个零件，如果尺寸或淬火条件不同，其淬硬深度也可能不同。同一种钢在不同 H 值下也可能得到不同的临界直径。因此，格罗斯曼分析是连接实验室响应与规定淬火情形的桥梁，而不是一种独立的硬度试验。 ### 空冷淬透性试验 空冷淬透性试验考察钢在空气冷却条件下的表现，而不是施加乔米尼水射流或赋予一个格罗斯曼淬火烈度值。试样按照规定的程序进行奥氏体化，然后从炉中取出，在试验条件下于空气中冷却。随后，根据该方法的要求，测量硬度、显微组织或沿截面的硬度变化。 这一点很重要，因为“空冷硬化”并不意味着钢的硬度与尺寸无关且是固定不变的。静止空气、强制空气和受控气氛中的冷却会产生不同的传热条件。小试样的冷却速度可能足以形成大量马氏体，而较大截面的中心冷却较慢，从而形成不同的转变产物组合。炉温、试样尺寸、支承方式、气流以及表面状态都可能影响测得的响应。 因此，空冷淬透性结果描述的是钢在规定空冷热历史下的行为。它不能替代乔米尼曲线，因为它不会形成相同的、从一端到另一端连续变化的冷却梯度。它也不能替代格罗斯曼分析，因为它本身并不表达淬火烈度与一系列截面尺寸之间的关系。这三种方法所回答的问题彼此相关，但其输出结果仍具有不同的含义。 ASM 1990 年关于碳钢和低合金钢的章节将淬透性定义为：决定淬火后硬度深度及其分布的性质。这一定义体现了实际检验标准：应考察在规定热历史之后硬度如何分布，而不仅仅是某一个点能够达到多高的硬度。 ## 从乔米尼曲线到实际零部件 乔米尼曲线描述的是钢材对一种受控冷却方式的响应。在没有进一步分析的情况下，它不能预测成品零部件各处的硬度。这一区别很重要，因为标准试样尺寸小、形状简单，并按照规定方式冷却；而实际零部件可能包含薄边、厚轮毂、孔、拐角、变化的表面状态，以及冷却速率差异很大的区域。 ASTM A255-20 将淬透性定义为钢材淬火时能够硬化达到的深度。其定量端淬试验采用直径为 1 英寸的圆柱形试样。ISO 642:2024 规定，钢制端淬试样直径为 25 mm，长度至少为 100 mm。这些尺寸和规定的试验条件能够在不同炉次、钢种或工艺条件之间建立可重复的比较；但它们并不意味着试样是机器零件的按比例缩小模型。 根据伊利诺伊大学材料技术与创新实验室所描述的试验流程，试样先加热至奥氏体化温度，然后用水射流对其一端进行淬冷。随后，在距淬冷端逐渐增加的距离处测量硬度。由此得到的硬度—距离曲线就是乔米尼曲线。正如剑桥大学所解释的，水冷端和其余部位的空冷作用，使试棒沿长度方向形成连续变化的冷却速率范围。因此，同一试样上的每个位置都代表一种不同的热响应。 这种响应具有实用价值，但必须谨慎地加以转换和应用。 ![钢的淬透性与乔米尼端淬试验](/images/uploads/7af2958d-5a23-45e8-9c32-97eb06ca9de3/wiki-inline-a-cutaway-steel-component-showing-different-cooling-paths-and-resulting-hardness-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/7af2958d-5a23-45e8-9c32-97eb06ca9de3/wiki-inline-a-cutaway-steel-component-showing-different-cooling-paths-and-resulting-hardness-1920x1288.avif "放大图片 — 钢的淬透性与乔米尼端淬试验")Component geometry creates cooling fields that a Jominy specimen cannot reproduce exactly. ### 截面厚度与热梯度 零部件的截面厚度决定了在相变开始之前，其内部需要释放多少热量。薄壁到表面的路径较短，因此其大部分截面都可能快速冷却。厚大的凸台、轴、法兰或齿轮毛坯则会在中心保留热量；表面可能经过马氏体转变区，而芯部冷却得足够缓慢，从而形成贝氏体、珠光体或铁素体，具体取决于化学成分和实际热循环。 乔米尼试棒同样存在热梯度，但这是经过有意设置的纵向梯度。淬冷端受到最强的直接冷却，距离越远的位置冷却越慢。实际零部件通常会在不止一个方向上形成梯度。热量可以沿径向从芯部流向表面，沿轴向流向端部，也可以通过相邻特征部位传递。拐角可能通过多个表面散热。内孔会改变从内部开始的冷却路径，而零部件与夹具的接触则可能局部限制热流，或提供另一个散热途径。 这种差异使截面尺寸不只是一个简单的尺寸修正量。即使两个位置距外表面的距离相同，只要一个靠近拐角、另一个位于厚截面的中心，它们经历的冷却历史就可能不同。例如，圆柱形试棒的中心并不等同于靠近表面的某一点，不能仅仅因为二者属于同一钢种就将它们视为等效。同样，大型零部件的中心也不会自动对应于乔米尼曲线的远端。零部件的几何形状决定热流场，而淬火过程决定该热流场失热的速度。 化学成分和奥氏体晶粒尺寸仍然是重要的初始变量。ASM International 将二者都列为影响淬透性的主要因素。奥氏体化温度、保温时间、原始显微组织以及晶粒长大，也可能改变淬火时所面对的相变响应。因此，在将某一热处理条件下获得的乔米尼结果应用于零部件时，不应将该结果与相应的热处理条件割裂开来。 表面状态会带来另一重复杂性。氧化皮、脱碳、加工痕迹、涂层和残留物都可能改变钢材与淬冷介质之间的接触。即使基体钢材具有完全不同的响应，脱碳表面仍可能显示出较低的测量硬度。粗糙或受污染的表面可能在淬火过程中滞留蒸汽，或减少液体接触。因此，去除这类表面层后测得的硬度，可能不同于直接在淬火态表面测得的硬度。 ### 淬冷介质与淬冷烈度 乔米尼装置中的水并不是“快速淬火”的通用象征。水射流的流量、温度、压力、对准情况以及受冷面积都受到控制，因为这些因素会影响淬冷端的传热。试样的另一端则在空气中冷却。而生产中的零部件可能浸入搅拌水、聚合物溶液、油、熔盐或其他介质中，每种介质都会产生不同的冷却路径。 淬冷烈度描述淬冷系统相对于某一参考条件的提热能力。它不仅取决于介质，还取决于搅拌、流体温度、循环状态、零部件方位、蒸汽膜行为，以及受冷表面积与体积之比。大型零部件周围的静止液体，其提热效果可能远低于小型零部件周围的流动液体。即使在同一个槽中，朝向强流的一面与受到遮挡的表面也可能以不同速率冷却。 在淬火早期阶段，搅拌尤其重要，因为此时炽热钢材周围可能形成蒸汽层。流体运动能够破坏该蒸汽层，并使较冷的液体重新接触零部件。然而，如果零部件从炉内转移的速度较慢，它会在预定淬火开始之前就已经开始冷却。因此，转移时间是热历史的一部分，而不仅仅是操作细节。持续时间不明的延迟，会使名义上相同的淬火难以与乔米尼试验条件进行比较。 淬冷介质还可能在同一零部件内部造成局部差异。立式轴与卧式轴的排液方式可能不同。盲孔可能滞留蒸汽。狭窄通道会限制流动，而大面积平面可能形成持久的蒸汽膜。这些效应可能导致硬度分散，而单一乔米尼曲线无法揭示这种分散。 因此，不能仅凭距离，将具有某一距离处特定乔米尼硬度的钢材赋予零部件一个有保证的硬度。曲线显示的是材料对已知冷却条件范围的响应。它并不规定零部件某一位置的冷却速率，也不能证明该位置会形成与乔米尼试样对应位置相同的显微组织。 ### 将实验室响应与零部件位置联系起来 实际问题并不是“这种钢种具有多高的硬度？”，而是“该位置将经历怎样的冷却历史，以及钢材在这种历史下会产生何种硬度和显微组织？”乔米尼曲线只能提供其中一部分答案。对零部件的评估还必须补充其余部分。 工程师通常会根据截面几何形状和淬火工艺估算局部冷却条件，然后将这些条件与标准化淬透性数据进行比较，或采用 Grossmann 方法等截面尺寸方法。比较时必须保持材料响应与工艺结果之间的区别。乔米尼数据描述的是前者；计算或实测的冷却路径则将前者与后者联系起来。 #### 需要单独关注的零件部位 - **厚大轮毂和轴** 可能在中心保留热量，并形成较软的转变产物。 - **薄腹板** 可能冷却得足够快，从而实现整个截面的硬化。 - **拐角和圆角** 可能通过多个表面散热，并以不同于邻近材料的方式冷却。 - **盲孔和凹槽** 可能限制流体运动，降低局部淬火烈度。 应当分别考虑各个位置。厚轴的表面可能冷却得足够快，从而主要转变为马氏体，而其中心则形成混合组织并具有较低硬度。薄腹板可能整个截面都能淬硬，但附近的轮毂却未必如此。圆角部位的冷却速度可能高于相邻主体，而螺纹凹槽或盲孔由于流体运动受限，冷却速度可能较慢。为验证这些预测，可能需要进行硬度梯度测量、金相取样、热电偶测量或经过验证的传热计算。 相关位置还由技术规范来定义。图纸可能要求在表面、规定深度处或参考截面的中心测量硬度。这些属于不同的验收位置。如果只测量最容易接近的外露表面，就可能漏掉软芯部或局部过硬的边缘。 因此，乔米尼曲线是一种用于比较材料响应的工具，而不能保证零部件的每个位置都达到某一特定硬度。ASTM A255-20 和 ISO 642:2024 通过控制试样几何形状和冷却条件，使试验具有可重复性。要负责任地应用其结果，必须将这些数据与零部件的截面厚度、几何形状、表面状态、转移时间、淬冷介质、搅拌状况以及局部热历史相匹配。只有同时理解产生该硬度值的冷却路径，硬度数值才具有实际意义。 ## 常见误解与报告错误 ### 将淬透性等同于硬度 硬度和淬透性有关，但并不是同一种性能。硬度是材料抵抗压入的能力，通常通过洛氏、布氏或维氏测量得出。淬透性描述的是：在规定的淬火条件下，钢能够形成马氏体或其他硬质转变组织的深度以及这种形成能力的一致性。ASTM A255-20 将淬透性定义为“钢淬火时能够硬化的深度”（ASTM International，2020）。该定义关注的是整个截面上的响应，而不是从某一位置获得的单个硬度数值。 这一差别十分重要，因为含碳量会显著影响马氏体能够达到的硬度，而合金化程度和奥氏体晶粒尺寸则会显著影响形成马氏体所需的冷却强度。ASM International 指出，钢的化学成分和奥氏体晶粒尺寸是影响淬透性的主要因素（ASM International，1990）。高碳钢在靠近淬火端的位置可能具有非常高的硬度，但在距离淬火端不远处硬度便会迅速下降。低碳合金钢的最大硬度可能较低，但在远离淬火表面的位置仍能保持具有实用价值的硬度。仅仅因为第一种钢的端部硬度更高，就称其“淬透性更好”，实际上混淆了硬度潜力与硬化深度。 当报告只给出最大值时，也会出现同样的错误。“端淬硬度：62 HRC”并不能描述淬透性结果，除非同时说明距淬火端的距离。即使说明了距离，该数值也只是响应曲线上的一个点。正如 Materials Education Foundation（2024）所述，端淬试验在距淬火端逐渐增加的距离处测量硬度，由此得到的硬度—距离关系图就是淬透性曲线。该曲线显示了随着局部冷却速率降低、冷却强度减弱，钢材如何发生响应。 因此，在解释远离端部位置的低硬度值时，必须考虑含碳量。从端部附近的 60 HRC 降至规定距离处的 35 HRC，对于中碳钢和低碳钢而言，其含义并不相同。解释还取决于测量区域内所含的是马氏体、贝氏体、珠光体，还是这些组织的混合物，以及所采用的硬度标尺。单个硬度值无法确定转变后的显微组织，也无法确定达到规定硬度的保持深度。 ### 认为淬火端代表整根钢材 淬火端是端淬试样中冷却最快的部分，并不代表整根钢棒的平均状态。在标准布置中，一端受到水射流冲击，而其余部分在空气中冷却。这会沿试样形成连续变化的冷却速率：淬火端处冷却强度最大，随着距离增加，冷却逐渐变缓。University of Cambridge 将这一梯度描述为该试验的物理基础（2012）；University of Illinois 的试验程序则规定，将圆柱形试样加热至奥氏体化温度，用水射流淬冷一端，并在逐渐增加的距离处测量硬度（2024）。 这种布置使淬火端具有参考价值，但其作用也是有限的。它提供了试验中最高冷却强度的参考点，并且通常在规定的测量轨迹上产生最高硬度。但这并不能证明大型生产截面也会达到相同的硬化深度。截面尺寸、零件几何形状、表面状态、炉内操作、转移时间、淬冷介质的搅动以及实际冷却历程，都可能与端淬试验装置不同。端淬曲线反映的是受控条件下的材料响应，并不是适用于所有可能零件的直接硬度分布图。 端部硬度高也不能证明具有深层淬透性。即使某种钢的内部在较慢冷却时会转变为较软的组织，端部仍可能因冷却足够迅速而形成硬质组织。深层淬透性的证据来自曲线的形状及其保持程度：随着冷却强度减弱，硬度在规定距离处仍能保持。必须明确相关距离，并规定所需的硬度判据。 相反的错误也很常见。远离端部处的低硬度并不自动说明钢材质量差或试验失败。它可能反映钢材的含碳量、奥氏体晶粒尺寸、合金含量、奥氏体化处理，或者该位置形成了较软的混合组织。ASM 关于碳钢和低合金钢的论述将淬透性定义为决定淬火所产生硬度的深度和分布（ASM International，1990）。“分布”是其中的关键一词：沿试样发生的变化本身就是试验结果，而不是应当忽略的不必要复杂因素。 只有在结合适当的冷却模型、截面尺寸方法或经过验证的相关关系时，乔米尼曲线才能支持零件性能估算。 Limited evidence 端淬曲线可以在该试验程序下确定材料的相对硬化响应。但曲线本身不能确定在油、聚合物、气体或其他介质中淬火的零件最终硬度分布。要将端淬结果转换为估算的零件硬度，必须说明所采用的方法，并列出有关几何形状和冷却过程的假设。 ### 在未说明标准和试验条件的情况下报告结果 缺少试验标准和试验条件的端淬结果是不完整的。“距端部 10 mm 处的端淬硬度”这一表述，除非报告同时说明试样几何形状、奥氏体化处理、淬火布置、硬度测量方法以及距离的定义方式，否则没有足够信息进行可靠比较。 ASTM A255-20 规定，端淬试验采用直径为 1 英寸的圆柱形试样（ASTM International，2020）。ISO 642:2024 规定，钢制端淬试样直径为 25 mm，长度至少为 100 mm（International Organization for Standardization，2024）。虽然两者的直径接近，但不能仅仅因为两种程序都称为端淬试验，就认为它们可以互换。报告应注明适用的标准，例如 ASTM A255-20 或 ISO 642:2024，而不应使用“标准端淬试验”这样的表述，仿佛只有一种试验程序存在。 还应报告热处理条件。这包括钢材牌号、试样状态、奥氏体化温度、保温时间、相关情况下的炉内气氛，以及转移至淬火位置的时间。水射流布置、水温或规定的温度范围、喷嘴状态以及淬火持续时间，都可能影响冷却历程。如果试验偏离了所引用的标准，也应在结果中说明这种偏离。 硬度数据同样需要精确记录。应说明采用的是 HRC、HRB、HBW、HV 还是其他标尺；在有要求时注明仪器或测量方法；并记录硬度测量轨迹的间距和制备状态。“距端部 10 mm”应表示沿规定表面从淬火端面测得的距离，而不是试样上某个未明确的位置。如果标准规定了特定的磨削余量、平面或测量线，也应保留这些细节。 最后，应报告完整曲线或各个距离—硬度数据对，而不只是最高读数。在条件允许时，还应包括试样标识以及钢材化学成分或牌号。一个具有可辩护性的表述可以是：“按照 ASTM A255-20，对直径为 1 英寸的试样进行端淬淬透性试验；试样在规定温度下奥氏体化，一端采用水淬，并在标准距离处以 HRC 标尺进行测量。”缺少这些条件时，该数值就只是脱离冷却历程的硬度观测，而正是冷却历程赋予了淬透性以实际含义。 ## 如何规定和记录淬透性结果 只有将钢材、试样、热循环、淬火、测量方法和报告格式一并明确时，淬透性结果才具有意义。没有这些信息的硬度数值只能描述某一个测量状态；它不能说明钢材能够淬硬到多深或硬度分布是否均匀。ASTM A255-20 将淬透性定义为钢淬火时能够淬硬的深度，而 ASM 关于碳钢和低合金钢的章节则将其描述为决定淬火所产生硬度的深度和分布的性能。因此，记录应保留完整的试验历史，而不应只记录淬火端附近获得的最高数值。 ### 必需的材料和热处理信息 #### 结果记录 1. **识别材料** 记录牌号、依据的标准、炉号或铸号、产品形态和试样标识。 2. **记录先前状态** 说明锻造、轧制、正火、退火或其他先前加工过程。 3. **记录奥氏体化** 记录炉子方法、目标温度、实际温度范围、保温时间和气氛。 4. **记录淬火** 记录试样尺寸、水射流布置、转移时间以及任何偏差。 5. **记录硬度数据** 列出每一组距离—硬度数据，包括单位、标尺、仪器和制备细节。 6. **说明验收情况** 将实测结果与适用规范或图纸要求分开列示。 首先，应准确记录采购文件、材料证书或适用规范中所载的材料牌号。记录牌号、标准、炉号或浇注号、产品形态以及试样标识。例如，如果适用要求写作 ASTM A193/A193M Grade B7、EN 10083-3:2006 42CrMo4 或其他规定牌号，仅记录“AISI 4140”可能并不充分。不得用车间简称替代正式牌号。如果材料在试验前经过正火、退火、锻造、轧制或其他加工，应说明其状态，并标明任何相关的先前热处理。 炉号尤其重要，因为淬透性取决于化学成分和先前的冶金历史。ASM International 将钢的成分和奥氏体晶粒度确定为影响淬透性的主要因素。因此，报告应将 Jominy 试样与化学分析结果或经认证的炉次记录关联起来（如有），其中包括适用规范控制的碳及合金元素。如果测量了晶粒度，应记录测量方法和结果；如果未测量，则不得暗示已知奥氏体晶粒组织。 当试样的取向和在产品中的位置会影响结果解释时，应予以明确。棒材中心、表面试样、锻造截面和轧制截面可能并不具有相同的热历史或变形历史。应记录试样是直接从所供产品上加工取得，还是由同一炉次的材料另行制备。 奥氏体化记录必须说明炉子或加热方法、目标温度、实际温度范围、保温时间以及保温时间的确定依据，例如以试样达到规定温度后的时间作为起算点。应包括所使用的炉内气氛或保护措施，因为氧化、脱碳和渗碳可能改变硬度曲线。应记录试样是装入已预热的炉内，还是随炉升温，并注明是否存在可见氧化皮或表面损伤。这些细节在淬火端尤为重要，因为很薄的脱碳层就可能使最初的硬度读数发生偏差。 ### 标准、几何尺寸和淬火细节 每份报告都应注明试验标准及其版本。ASTM A255-20 规定了使用直径 1 英寸圆柱形试样的定量末端淬火，即 Jominy 试验。ISO 642:2024 规定钢制末端淬火试样直径为 25 mm、长度至少为 100 mm。这些尺寸在实际应用中接近，但并不是可以相互替代的操作要求。报告应说明试验遵循的是 ASTM A255-20、ISO 642:2024，还是由其中某项标准衍生的客户或国家程序。 应记录实际测量的试样尺寸，包括直径、长度、端部加工、倒角以及淬火端面的状态。如果尺寸不同于所引用的标准，应在将结果作为符合标准的结果提交之前记录该偏差。报告还应标明试样编号；如果测试了多个试样，应分别标识每条曲线，不得在未说明的情况下将其静默平均。 必须充分描述淬火装置，以便重建冷却历史。伊利诺伊大学的程序是将圆柱形试样加热至奥氏体化温度，然后用水射流冷却试样的一端。剑桥大学解释了这种装置为何能够产生有用的曲线：淬火端快速冷却，而其余部分在空气中冷却，从而沿试样长度形成连续变化的冷却速率。应说明哪一端进行了淬火、试样如何支承，以及水源和水况。应记录水射流温度、喷嘴或孔口信息、规定情况下的水压或流量、射流对中情况，以及喷嘴与试样端部之间的距离。同时应记录试样移出炉子至开始喷水淬火之间的时间。 不得仅将结果描述为“水淬”。水温、流量稳定性、射流形状、试样位置和转移延迟都可能改变冷却响应。报告应说明试验前是否检查过该装置，以及是否发生过中断、飞溅、错位或异常冷却事件。偏差并不自动意味着试验失败，但任何评估该结果的人员都必须能够看到这些偏差。 热循环和淬火记录应通过唯一的试验编号与材料标识关联起来。当结果被复制到电子表格或证书中时，这种关联可以防止曲线与其热处理条件相分离。 ### 硬度数据、曲线呈现和可追溯性 淬火后，应明确硬度方法、硬度标尺、仪器、压头、载荷、校准状态以及试验表面的制备情况。报告必须说明读数采用洛氏 C 标尺、洛氏 B 标尺、维氏标尺还是其他允许的标尺；仅写“硬度”是不完整的。应记录仪器标识和核查状态，尤其是在结果用于验收时。 Jominy 方法测量距淬火端距离逐渐增加位置处的硬度。Materials Education Foundation 将这种随距离变化的响应描述为确定钢材淬透性的基础。应说明距离零点的基准、测量面的制备方式以及每一个测量位置。距离应包含单位，并应按实际测量结果报告，而不是从通用模板中推定。如果试验前对表面进行了磨削或机加工，应记录去除量和制备方向。 在任何平滑或拟合曲线之前，应先以表格形式呈现原始读数。一份有用的表格应包括试样编号、距淬火端的距离、硬度值、硬度标尺、重复读数、计算所得的平均值以及备注。如果测量了相对的两侧或多条测量轨迹，应分别标明各条轨迹。不得只报告平均值来掩盖数据离散性。曲线应以纵轴表示硬度、横轴表示距淬火端的距离，并在图注中标明单位、坐标刻度、试样标识、试验标准和硬度标尺。如果使用了插值、曲线拟合或不同硬度标尺之间的换算，应说明方法并保留原始读数。 曲线显示的是由已记录的末端淬火历史产生的硬度响应。曲线本身并不能确定特定生产部件中的硬度、保证某种显微组织，也不能预测在不同淬火方式、截面尺寸或回火处理后的性能。成分、奥氏体晶粒度、试样几何形状、转移时间和淬火条件都会影响结果解释。单一硬度值，即使是在淬火端测得的数值，也不能替代距离—硬度记录。 最后，应将验收准则与测量结果分别标明。ASTM A255-20 和 ISO 642:2024 提供的是试验框架；适用的材料规范、图样、采购要求或客户文件决定曲线或表列数值是否合格。适用时，报告必须引用该要求及其修订版本。如果未规定验收限值，应说明该结果仅具有描述性，不得自行设定最低硬度、最大距离、牌号排序或合格/不合格结论。原始仪器文件、校准记录、热处理日志、必要时的试样照片、原始数据表、绘制的曲线、操作人员身份、试验日期以及偏差记录，均应使用同一个可追溯的试验编号保存。 ## 乔米尼法的局限性 乔米尼端淬试验是一种受控比较方法，并不是所有淬火操作的缩小版。ASTM A255-20 将淬透性定义为“钢淬火时能够硬化的深度”，并规定定量端淬试验使用直径为 1 英寸的圆柱形试样（[ASTM International，2020](https://store.astm.org/a0255-20.html "ASTM International，2020")）。ISO 642:2024 规定试样直径为 25 mm、长度至少为 100 mm（[国际标准化组织，2024](https://www.iso.org/standard/85868.html "国际标准化组织，2024")）。这些尺寸、奥氏体化处理、水射流布置以及硬度测量程序，都是试验结果的一部分。改变其中任何一项，响应结果都可能发生变化。 因此，乔米尼曲线回答的是一个定义明确的问题：在规定的热历史之后，标准试样从一端开始的不同距离处，硬度如何变化？它并不能给出一个与几何形状无关的单一数值，用来表示某种钢“有多硬”。它也不能保证生产零件会形成相同的硬度分布。 ### 一维冷却能够代表什么 试验开始时，将圆柱形试样加热至规定的奥氏体化温度。随后，用水射流对试样的一端进行淬火，而试样其余部分在空气中冷却。伊利诺伊大学将这一过程描述为该试验的基础（[伊利诺伊大学材料技术与创新实验室，2024](https://mtil.illinois.edu/tests/jomi "伊利诺伊大学材料技术与创新实验室，2024")）；剑桥大学解释说，这一过程会沿试样长度方向形成连续变化的冷却速率（[剑桥大学，2012](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Jominy/index.html "剑桥大学，2012")）。靠近淬火端的位置，热量被迅速带走；距离淬火端越远，热量越需要通过传导流向冷却端，并从暴露表面散失，因此冷却速率逐渐降低。 这种布置的实用之处在于，一个试样便可涵盖多种冷却烈度。由此得到的硬度—距离曲线可以显示，某一钢种是否能够在远离淬火端的位置保持马氏体硬度；在这些位置，贝氏体或铁素体和珠光体等转变产物出现的可能性会增加。该曲线还显示了响应的分布，而不是单一硬度读数。因此，不能将远处某一位置的低硬度解释为钢在淬火前“很软”的证据；这可能表明局部冷却速率不足以抑制扩散型转变。 一维温度场是一种近似。实际零件会通过多个表面冷却，可能包含拐角、孔、台阶、键槽或接触界面，并且可能因方向不同而受到不同程度的搅动。零件中心仍可能保持高温，而表面已经开始发生转变。热流可能沿径向、轴向流动，或呈现显著的三维特征。乔米尼试样不具备这些零件特有的边界条件。 该试验也不会重现油、聚合物、盐水、气体或间歇式淬火的确切冷却历史。对试样一端施加的水射流形成了特定的边界条件；它不能普遍替代淬火槽、喷淋、加压气体或分级淬火。当试验程序保持一致时，该曲线可以用于比较不同炉次、化学成分以及奥氏体晶粒状态的材料；但若要将试样长度方向上的距离直接换算为零件中的位置，则需要进行热分析或采用经过验证的关联关系。 化学成分和奥氏体晶粒尺寸具有重要影响。ASM 将二者都列为影响淬透性的主要因素（[ASM International，1990](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/282065/Hardness-and-Hardenability-of-Steels-1 "ASM International，1990")）。因此，乔米尼试验结果还会受到试样先前加工过程、奥氏体化期间晶粒长大情况以及钢材实际化学成分的影响。仅凭钢种牌号并不能消除这些变量。 ### 对制样和测量的敏感性 乔米尼法将许多冶金方面的决定压缩到一个看似简单的试验中。试样必须具有规定的尺寸和表面状态，均匀加热，达到预期的奥氏体状态，并迅速转移至淬火装置。延迟、脱碳、氧化、不正确的炉温或保温时间发生变化，都可能在水射流开始之前改变转变响应。 淬火后的表面制备同样重要。通常，需要在淬火端逐渐增加的距离处，在制备好的平面或加工出的测量轨迹上进行硬度测量。如果磨削使表面过热、表面仍有氧化皮，或者压痕距离先前的压痕或边缘过近，则测得的数值可能无法代表钢材内部的实际状态。测量方法也很重要：在不考虑标准要求和适用换算范围的情况下，不能随意将洛氏、维氏或其他硬度标尺相互替换。 在曲线陡峭的区域附近，小误差尤其明显。轻微的距离误差可能会使某个硬度值被错误地对应到另一个冷却位置，而压痕测量中的离散性则可能使近似平坦的区域看起来具有斜率。只报告最高硬度，或只报告某一距离处的数值，都会丢失使该方法具有实用价值的分布信息。材料教育基金会将该试验描述为：在距离淬火端逐渐增加的位置测量硬度，以确定淬透性（[材料教育基金会，2024](https://materialseducation.org/educators/matedu-modules/docs/Hardenability_of_Steel.pdf "材料教育基金会，2024")）。这些多个测量读数并不是可有可无的装饰，而是试验依据。 曲线还需要背景信息。报告应注明所采用的标准、试样尺寸、奥氏体化条件、淬火介质及其布置、硬度标尺、测量位置，以及任何偏离试验程序的情况。只有在确认相关条件和报告惯例等效之后，比较依据 ASTM A255-20 制得的曲线与依据 ISO 642:2024 制得的曲线才可能是合理的。缺少这些信息的“乔米尼值”是不完整的。 ### 何时需要采用其他评价方法 当工程问题涉及钢的淬透性与淬火烈度之间的相互作用时，格罗斯曼分析是合适的方法。该方法将钢材的固有响应与特定淬火环境的冷却烈度结合起来，通常通过 H 因子表示，以估算特定几何形状中的硬度或转变深度。乔米尼曲线描述的是试样自身沿长度方向的响应；格罗斯曼分析则加入了对淬火过程和几何形状的模型描述。但它并不会将乔米尼结果转变为对生产零件的直接测量。 空冷淬透性试验针对的是另一个问题。对于设计为在静止空气或强制流动空气中硬化的钢材，空冷试验可以显示该冷却路径所产生的硬度和显微组织。其结果不能与水端淬曲线互换，因为试样经历了不同的热历史和表面传热条件。试验方法的选择应依据实际工艺。 当炉内装载方式、转移时间、搅动、遮蔽、夹具、变形控制或淬火中断可能影响结果时，就有必要进行工艺试验。使用具有代表性的零件进行试验，可以揭示标准试样无法反映的影响。即使如此，也应在与设计要求相关的位置测量硬度，并且可能还需要进行金相检验，以区分马氏体、贝氏体、铁素体、珠光体或回火组织。 对于关键零件，鉴定应针对具体零件进行。曲轴、齿轮、轴或厚板可能需要使用热电偶、进行硬度梯度测量、检查显微组织、测量残余应力或变形，并重复实施具有生产代表性的淬火。乔米尼试验对于在统一程序下比较不同钢材仍然具有价值，但它提供的是关于标准化响应的证据，而不是免除验证的依据。 ## 参考文献 1. \[1\] ASTM International. [Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel](https://store.astm.org/a0255-20.html). ASTM International standard, 2020. [](/zh/%E7%BB%B4%E5%9F%BA/%E7%83%AD%E5%A4%84%E7%90%86/%E9%92%A2%E7%9A%84%E6%B7%AC%E9%80%8F%E6%80%A7%E4%B8%8E%E4%B9%94%E7%B1%B3%E5%B0%BC%E7%AB%AF%E6%B7%AC%E8%AF%95%E9%AA%8C#wiki-cite-ref-1) https://store.astm.org/a0255-20.html **淬透性概览** 淬透性 钢淬火时能够硬化的深度 美国材料与试验协会乔米尼试样 直径为 1 inch 国际标准化组织 642:2024 试件 直径为 25 mm，长度至少为 100 mm 主要结果 硬度与距淬火端距离的关系 [返回 热处理](/zh/维基/热处理 "热处理 — Steel Wiki")