林宗德，林新英

（閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700）

基于熱處理對45鋼組織和性能的影響

林宗德，林新英

（閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700）

熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法，能充分發(fā)揮體現(xiàn)金屬材料性能的重要手段。熱處理的主要目的是改變鋼的性能。鋼的熱處理工藝是將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)過一定的保溫時間，然后以某種速度或冷卻方式將其冷卻下來，使得到鋼的組織和性能發(fā)生改變。

45鋼；性能；正火；淬火；回火

0 引言

試樣的材料及條件：試樣選用直徑20mm高20mm的45鋼圓形棒料，原始組織為熱軋狀態(tài)。加熱設(shè)備為箱式高溫電阻爐。它的條件是在溫度為860℃加熱并保溫 15min，然后直接在冷水中冷卻至室溫，再中溫400℃回火一個小時。

1 試樣處理工藝選擇

淬火就是將鋼加熱到 Ac3或Ac1以上30～50℃，再保溫后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中，以獲得馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體和殘余奧氏體所組成的。能正確地進行鋼的淬火，實驗時必須考慮下列三個重要因素：淬火加熱的溫度、保溫時間、冷卻速度和回火溫度。

（1）淬火加熱的溫度。選定正確的不同加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。淬火時具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)鐵碳金相圖確定如圖1所示。對于亞共析鋼，其加熱溫度為Ac3＋30～50℃，如果加熱溫度不足，會出現(xiàn)少量的鐵素體，從而使強度和硬度降低。而對于過共析鋼，加熱溫度為 Ac1＋30～50℃，淬火后可得到細小的馬氏體和粒狀滲碳體，同時可以提高鋼的硬度和耐磨性。

圖1 鐵碳合金相圖

（2）保溫時間的確定。淬火加熱時間是將試樣加熱到所需要的時間和保溫時間的總和。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸大小、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關(guān)，一般可按照公式來估算，碳鋼在電爐中加熱時間的計算如表1所示。

表1 碳鋼在箱式電爐中保溫時間的確定

（3）冷卻速度的影響。冷卻是淬火的關(guān)鍵，直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時應(yīng)使冷卻速度大于冷卻的臨界速度，以保證獲得馬氏體組織；但是在這個前提下又要盡量避免冷卻緩慢，以減少鋼中的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。因此，可以根據(jù)C曲線圖，如圖2所示，使淬火工作處在過冷奧氏體650～550℃進行快速冷卻，然而在較低溫度（300～100℃）時冷卻速度盡可能慢些。為了淬火的效果，選用合適的冷卻方法。不同的介質(zhì)在不同的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度不一樣。各種冷卻介質(zhì)的特性見表2。

根據(jù)上述過程，本次45鋼淬火溫度選擇860℃，冷卻介質(zhì)選擇水（溫度在20℃左右）。

（4）回火溫度選擇。鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體硬而脆，并且內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接進行磨削加工會出現(xiàn)裂痕。因此淬火鋼必須進行回火處理。各種回火溫度的特性見表3。

圖2 鐵碳合金C曲線圖

表2 幾種常用淬火介質(zhì)的冷卻能力

表3 為45鋼淬火后經(jīng)不同溫度回火后的組織及性能

2 試樣結(jié)果及分析

（1）觀察組織，詳見圖3。腐蝕劑：4%硝酸酒精；處理：860℃加熱保溫后淬火；組織：馬氏體組織；光學(xué)放大倍數(shù)：400x。

圖4 為中溫回火。腐蝕劑：4%硝酸酒精；處理：860℃淬火后400℃回火；組織：回火屈氏體；光學(xué)放大倍數(shù)：400x。

圖3 860℃ 淬火組織

圖4 中溫400℃回火

（2）分析的問題：在淬火過程中，淬火后的組織是塊狀鐵素體組織，其金相照片如圖5所示。

圖5 金相組織分析圖

經(jīng)反復(fù)試驗排除了加熱溫度不夠和保溫時間不足等原因。出現(xiàn)此種情況可能是因為冷卻速度不夠造成，原因可能有：①從爐中取出樣品放入水中動作較慢，入水時樣品溫度下降；②冷卻水溫度較高，冷卻能力明顯下降（參見表2）；③樣品在水中冷卻時沒有進行攪動。

（3）打硬度。根據(jù)上述圖表得到硬度在41HRC左右，詳見圖6。

圖6 45鋼熱處理后的硬度值

3 結(jié)束語

本文敘述了鋼基本熱處理工藝過程和觀察金相方法等。同時通過對45鋼淬火和回火組織的觀察與分析以及硬度測試，進一步認識了熱處理工藝對剛材料的組織和性能的影響。大大的方便了我們的學(xué)習(xí)和以后的工作。熱處理工藝過程的設(shè)計要根據(jù)我們所要得到的材料組織和性能以及設(shè)備、經(jīng)濟條件等進行。

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TG142

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.014

1002－6673（2014）03－036－02

2013－12－27

林宗德（1986-），男，助理實驗師。研究方向：機械工程。