孔 建，姜明國

（煙臺工程職業(yè)技術學院，山東 煙臺 264006）

45號鋼作為是中碳優(yōu)質碳素結構鋼，因其優(yōu)良的切削加工性能，在現(xiàn)在裝備制造業(yè)得到了廣泛的應用。為了提高其熱機械性能，通常需要對45號鋼進行熱處理工藝，以提高其強度與塑性等熱機械屬性。本文首先對45號鋼傳統(tǒng)熱處理工藝進行了綜述，針對45號鋼熱處理工藝的常見問題，并提出解決措施，為45鋼熱處理工藝控制研究提供參考。

1 45號鋼傳統(tǒng)熱處理工藝綜述

45號鋼是優(yōu)質碳素結構用鋼，硬度相對不高，切削加工相對容易。45號鋼既能做模具模板，又可制造曲軸、軸、活塞銷、工夾具等要求強度較高的零件，但模具模板與零件的表面通常要求具備高硬度與高耐磨的特性，45號鋼雖然淬火性能一般，但能夠淬硬至HRC42~46。同時，如果將45鋼表面進行滲碳淬火，可得到需要的表面硬度。45號鋼傳統(tǒng)熱處理工藝主要包括預備熱處理、低溫球化退火、淬火、臨界溫度淬火以及高頻淬火括等階段。

1.1 預備熱處理

45號鋼鍛軋件通常情況下不進行退火處理，其原因有二：

一是，退火時間如果過長，很容易產生鐵素體集聚，導致組織不均勻現(xiàn)象；

二是，因為45號鋼鍛軋件作退火處理周期較長，導致生產效率較低。45號鋼預備熱處理一般采用高溫回火與正火。45號鋼鍛軋件通?？刂圃?24℃以內，這樣不但不產生結晶過程，同時能夠降低其內應力，硬度大大降低，易于下一步的切削加工工藝。

1.2 低溫球化退火

低溫球化退火是把工件加熱到共析轉變溫度Ac1以下進行保溫，然后緩冷冷卻，從而獲得球化組織的熱處理方法，5號鋼鍛軋件的溫度在接近724℃時，要進行長時間保溫階段，這樣片狀球光體就會發(fā)生轉變，成為球狀珠光體，其硬度在145HB之內，其強韌性較好，為冷擠壓奠定了基礎。

1.3 淬火

45號鋼的淬火就是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1(過共析鋼)以上溫度，經過保溫后置入各種不同的冷卻介質中（V冷應大于V臨），以獲得馬氏體組織。由于45號鋼的奧氏體穩(wěn)定性相對較差，因此為獲得高硬度的馬氏體組織需要對其加熱后快速進行淬火冷卻。45號鋼具有良好的導熱性，在淬火時，可以直接入爐，不需要預熱，根據(jù)工件的相關技術要求來選擇溫度的高低，一般加熱溫度控制在60℃~820℃之間。

1.4 臨界溫度淬火

大量實驗表明，45號鋼處于780℃臨界溫度進行淬火時，能夠獲取極細小的奧氏體晶粒，使其韌性大大提高，同時也顯著降低了裂紋敏感性。一些截面尺寸相差懸殊的工件，在淬火時容易產生裂紋，而對其進行臨界溫度淬火處理時，可以大大降低產生裂紋的概率。

1.5 高頻淬火

高頻淬火是通過感應加熱設備，對工件進行感應加熱，迅速加熱零件表面，然后迅速淬火的一種金屬熱處理方法。高頻加熱速度控制范圍在200~1 000℃/s之間時,其臨界溫度也對應升高，因此，故45號鋼鍛件的淬火加熱溫度在880~920℃之間，一般較其他類型的鋼高大約80~100℃，有時更高一些。這樣45號鋼在高頻淬火被加熱的速度很快，其組織細小，應力增加，能夠使鍛件達到62~66 HRC的硬度,具有了高耐磨性，強疲勞抗力以及較小的缺口敏感性的特點。

2 45號鋼熱處理工藝常見問題

2.1 硬度偏低

45號鋼鍛件經過調質件淬火后，其硬度一般要達到HRC56~59的要求，對于截面大的鍛件也應該大于HRC48，造成原因主要是有四種原因：

一是，鋼材含碳量偏低；

二是，在淬火加熱階段，沒能做到要求的技術規(guī)范，加熱溫度偏低或保溫時間不夠，使鍛件組織中奧氏體的碳與合金元素含量不足，甚至還殘存著未轉變的珠光體或未溶鐵素體，造成鍛件淬火后硬度指標達不到要求；

三是，鍛件加熱溫度過高或者保溫時間長，導致其表面脫碳而達不到硬度；

四是，淬火冷卻不到位，冷卻是熱處理的最終工序，更是熱處理最重要的工序。45號鋼淬火硬度在不同冷卻速度下可以轉變?yōu)椴煌慕M織，淬火冷卻不到位，其硬度會變低。

2.2 縱向裂紋

縱向裂紋就是產生的裂紋呈軸向趨勢，形狀細而長，如圖1所示。

圖1 45號鋼熱處理后產生的縱向裂紋圖

直徑為8mm左右的45號鋼鍛件最容易出現(xiàn)，一般含碳量愈高的鍛件，其產生的切向拉應力越大，拉應力沖破鍛件強度極限時，縱向裂紋就會形成。45號鋼鍛件縱向裂紋產生的原因主要有：

一是，裝設的加熱爐的方式不合理，導致鍛件的受熱不均現(xiàn)象；

二是，鍛件在淬火時，受到的溫度較高，內外應力差距大。同時加劇45號鋼鍛件裂紋產生的原因主要有：鍛件中鋼中含有較多的低熔點有害雜質，譬如S、P、Bi等等；鍛件尺寸在鋼的淬裂敏感尺寸范圍內所選擇的淬火冷卻介質遠遠大于鍛件的臨界淬火冷卻速度。

2.3 橫向裂紋

橫向裂紋就是產生的裂紋垂直于軸向。由內往外斷裂。如圖2所示。

圖2 45號鋼熱處理后產生的橫向裂紋圖

橫紋一般出現(xiàn)在其未淬透時，有熱應力引發(fā)。鍛件淬火如果不能淬透，其表面會呈壓應力,而其心部則呈拉應力，這樣在鍛件的淬硬層與非淬硬層的過渡區(qū)，就會產生最大拉應力，當所產生的拉應力沖破鍛件的抗拉強度極限時，橫向裂紋就會產生。45號鋼鍛件橫向裂紋產生的原因主要有三種：

一是，工件的拉拔工藝及操作不合理，譬如模角太大，沒有經過酸洗以及金屬內外變形不均勻等；

二是，工件心部出現(xiàn)增碳，使工件的內外層塑性變形能力出現(xiàn)較大的差別；

三是，工件內有夾雜物存在。

2.4 硬度不均勻

45號鋼經過熱處理后，如果硬度不均勻將使其耐磨性降低，減少使用壽命。導致45號鋼硬度不均勻原因主要有以下幾種：

一是，使用的工件本身淬透性低；

二是，工件表面殘留有退火脫碳層或淬火加熱時產生脫碳層；

三是，工件淬火加熱后冷卻速度慢，分級、等溫過高、時間過長或者冷卻介質選擇不當；

四是，工件淬火介質中含雜質過多或老化；

五是，工件淬火冷卻后出淬火介質時溫度過高、冷卻不足；

六是工件回火不充分及回火溫度過高。

2.5 表面形成大塊碳（氮）化合物網

導致45號鋼鍛件表面形成大塊碳（氮）化合物網的原因有：

一是，爐氣碳勢過高；

二是，工件強滲時間過長；

三是，冷卻速度太慢，沿奧氏體晶界析出網狀碳化物；

四是，鍛造始鍛溫度太高，而鍛后冷卻太慢。

2.6 畸變

導致45號鋼鍛件畸變的原因有三：

一是，工件在淬火階段溫度偏高；

二是，工件冷卻方法不合理；

三是，夾具設計不合理或者使用不當。

3 解決措施

3.1 硬度偏低預防措施

一是，對45號鋼鍛件的原材料進行檢查，通過磨火花或者看光譜或化驗成分了解其含碳量，選擇符合技術要求的原材料，然后去掉原材料脫碳層。在鹽浴爐加熱前要進行脫氧撈渣，空氣爐加熱零件要加保護劑（氣體），有條件的可以通過真空加熱；

二是，根據(jù)45號鋼熱處理工藝的技術要求正確掌握淬火回火過程的溫度、時間等參數(shù)，再根據(jù)鍛件的技術需求選用合適的淬火介質；

三是，在工件水淬-油冷的水冷時，把握好時間，不能太短；同時需要熟悉加熱爐和儀表的性能，掌握誤差值以及工件淬火后的硬度值，使工件的抗疲勞強度與綜合力學性能符合要求。

3.2 縱紋預防措施

一是，對45號鋼原材料嚴格進行入庫檢查，不使用有害雜質含量超標鋼材；

二是，盡可能選用真空冶煉方式，爐外精煉或電渣重熔工件鋼材；

三是，加強熱處理工藝的改進，采用真空加熱，保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火、等溫淬火；

四是，可以變無心淬火為有心淬火，即不完全淬透，從而獲得強韌性高的下貝氏體組織等措施，達到大幅度降低拉應力的目的，避免工件發(fā)生縱裂。

3.3 橫紋預防措施

一是，對工件進行合理鍛造，鍛造比（即原材料長度與直徑之比）盡可能選在2~3之間，鍛造采用雙十字形變向鍛造，經五鐓五拔多火鍛造，使工件中碳化物和雜質呈細、小，勻分布于工件鋼的基體，鍛造纖維組織圍繞型腔無定向分布，大幅度提高模塊橫向力學性能，減少和消除應力源；

二是，正確選擇冷卻速度與冷卻介質。在工件的Ms點以上要快冷，大于該工件的臨界淬火冷卻速度，使工件的過冷奧氏體產生的熱應力，表層產生的壓應力以及內層產生的張應力能夠相互抵消，預防熱應力作用；

三是，在工件的Ms—Mf之間進行緩冷，大幅度降低工件形成淬火馬氏體時的組織應力，降低相變應力，使工件的控制應力總和為負，預防橫向淬火裂紋；

四是，運用CL-1有機淬火介質。CL-1有機淬火介質是較理想淬火劑，不但能控制硬化層合理分布，減少與預防淬火工件畸變，同時還可以通過調正CL-1淬火劑不同濃度配比，得到不同冷卻速度，獲得所需硬化層分布，滿足不同工件鋼需求。

3.4 硬度不均勻預防措施

一是，要正確選擇合理的鍛造工藝和球化退火工藝，保障工件有良好的預備熱處理組織；

二是，在工件進行熱處理前，一定要徹底消除工件表面的銹斑以及氧化物，同時注意加熱時的保護，盡可能采用真空加熱或保護氣氛加熱，在對工件進行鹽浴加熱時，做到脫碳處理效果良好；

三是，正確制定工件的淬火回火工藝規(guī)格，回火要充分；

四是，根據(jù)工件的使用技術要求，合理選用冷卻介質與冷卻方式；

五是，堿浴水分含量要嚴格控制，同時對淬火油要經常進行過濾，定期更換。

六是，對硬度要求高的工件要采用深冷處理，同時對淬火后工件鋼進行滲氮或氮碳共滲熱處理等進行表面強化處理。

3.5 表面形成大塊碳（氮）化合物網預防措施

一是，降低工件碳勢，縮短強滲時間；如果滲層深度允許，可在較低碳勢爐中進行擴散處理；

二是，適當提高淬火溫度；

三是，可對工件進行一次滲層的球化退火。

3.6 畸變預防措施

在通過調整工件的淬火工藝，合理設計夾具與改善冷卻條件的基礎上，保障工件受熱的均勻性。

4 結束語

總之，45號鋼是機械制造行業(yè)中用途非常廣泛，但在對其熱處理工藝中也出現(xiàn)了很多問題，必須加大研究，根據(jù)出現(xiàn)具體問題進行具體分析，并通過工藝試驗得出預防控制措施。本文熱處理基礎理論與實踐中分析的45號鋼熱處理工藝常見問題及其預防措施具有明顯的可行性、實用性以及效益性。

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