45號鋼的概況及熱處理方法

孟 成

（遼河油田裝備制造總公司，遼寧 盤錦 124000）

45號鋼由于其綜合機械性能好、調質處理后其硬度可控制的范圍寬，因此用途十分廣泛。但在轉化為具體的模具前需對其進行熱處理。鋼的熱處理是指通過鋼在固態下的加熱、保溫和冷卻,改變鋼的內部組織，從而改變性能的一種工藝方法。本文分兩個部分：第一部分是對45號鋼的概括性介紹，第二部分便是對45號鋼熱處理方法的一些總結。

1 關于45號鋼

此部分將從45號鋼的化學成分、材料性能和用途三方面入手，對45號鋼進行介紹：

1.1 45號鋼的化學成分和屬性

45號鋼的含碳（C）量是0.42～0.50%，Si含量為0.17～0.37%，Mn含量0.50～0.80%，Cr含量<=0.25%，Ni含量<=0.30%。抗拉強度Mpa 600，屈服強度Mpa 355，伸長率16%。

1.2 45號鋼的材料性能

45號鋼雖焊接性能一般，但它是機械制造中廣泛應用的中碳優質碳素結構鋼。它具有良好的切削加工性能。通常在調質或正火狀態下使用，它具有高的強度和塑性，經調質成索氏體時，有一定程度上的的韌性。但進行熱處理時，卻會出現淬透性差，水淬變形大，裂紋傾向敏感等問題，尤以40℃左右水淬時更為明顯。

1.3 45號鋼的用途

45號鋼可制造強度要求較高的零件，如曲軸、軸、活塞銷、工夾具等零件。這些零件的制造要求大多是零件表面的高硬度性、高耐磨性，而心部具有高強度和高韌性，調質后進行高頻或火焰表面淬火等。45號鋼經低溫球化退火后，它可冷擠壓為成形零件，如球頭銷、推力桿等。45鋼是軸類零件的常用材料，淬火后表面硬度可達45～52HRC它價格便宜，經過調質（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能。45號鋼還廣泛用于機械制造等，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45號鋼可以淬硬至HRC42～46。所以如果需要表面硬度，又希望發揮45＃鋼優越的機械性能，常將45＃鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。

2 45號鋼的熱處理方法

本部分主要分三個小部分來對45號鋼的熱處理進行分析，首先介紹的是傳統的熱處理方法，再次分析了這種熱處理方法的弊端及其原因分析，最后介紹的目前對45號鋼熱處理工藝的一些改進措施。

2.1 45號鋼的傳統熱處理方法

傳統上鋼的熱處理工藝過程都包括加熱、保溫和冷卻三個階段。對于高碳鋼,雖然硬度高,但其缺點是心部韌性不足，低碳鋼則心部韌性雖好,卻存在表面硬度低的問題，不耐磨。對此，工業上廣泛采用表面的熱處理，即表面淬火和化學熱處理的方法來解決問題。下面就對傳統上45號鋼的熱處理方法進行簡介：

2.1.1 預備熱處理

45號鋼鍛軋件一般不作退火處理，一方面是因為長時間的退火造成了鐵素體集聚，組織不均勻，另一方面則是因為周期長，生產效率低的問題，因此通常采用高溫回火和正火。高溫回火的溫度一般在724攝氏度以下，所以沒有重結晶過程，但可以消除或降低因鍛軋而存在的內應力，降低硬度，方便于我們的切削加工。

2.1.2 低溫球化退火

低溫球化退火是冷擠壓生產過程中一個不可或缺的工序。低溫球化退火的溫度在接近724攝氏度的點時，經長時間保溫，可使片狀球光體轉變為球狀珠光體，硬度由原退火前的＞180HB降低至≤145HB，這樣做提高了塑性，為冷擠壓創造了條件。

2.1.3 淬火

45號鋼的奧氏體穩定性差，加熱后需快速淬火冷卻 才能獲得高硬度的馬氏體組織。同時45號鋼的導熱性良好，淬火時不需預熱而直接人爐加熱 。加熱溫度820℃－860℃ ,溫度高低的選擇，視工件具體情況確定，比如重要工件，要求變形嚴格的選用下限溫度，堿浴、硝鹽浴分級時選用偏高溫度，而較大工件調質時，為提高淬透深度和心部性能，選用840℃－860℃的溫度等。

2.1.4 臨界溫度淬火

780℃臨界溫度淬火，可得到極細小的奧氏體晶粒，淬火后顯著提高鋼的韌性，裂紋敏感性大大降低。截面尺寸相差懸殊而易產生裂紋的工件，臨界溫度淬火可收到良好效果。也可視工件的不同要求,在724攝氏度一 780攝氏度之間的臨界區淬火。

2.1.5 高頻淬火

高頻加熱速度可達200-1000℃/S,臨界溫度相應提高，故淬火加熱溫度較常規淬火高出80-100℃，即 880-920℃，甚至更高一些。因為加熱速度快，組織細小，應力大 ,高頻淬火有“超硬度”現象 ,可達62－66HRC,所以高頻淬火件耐磨性高，疲勞抗力顯著增大，而缺口敏感性較小。

2.2 45號鋼傳統處理方法的弊端及其原因分析

從上可看出以往按一些熱處理工藝標準選取的45號鋼840℃的淬火溫度偏高，加熱時間稍長,就容易造成輕微過熱，在奧氏體化時，易使奧氏體晶粒粗大。淬火時,鋼本身的冷卻速度慢。在相同冷卻條件下。過熱工科鈴速加大,使工件淬火時熱應力、組織應力都增大,在正常情況下,熱應力與組織應力的作用相反，大小幾乎能抵消，然而對于小直徑零件,淬火時熱應力幾乎不存在,所以只有組織應力單方面增加,加大了工件的變形及開裂的可能性。

同時一般工廠生產的標準件多數采用45號鋼冷拔料，按上述常規的熱處理規范，火溫度為810°C，冷卻介質為水或10%鹽水，水溫為室溫，但這樣在實際生產中會經常出現不同程度的淬火裂紋，因此造成許多的廢品，而且也浪費了材料。

影響工件淬裂的主要原因,大多是工件熱處理工藝的不完善。熱處理工藝參數主要包括加熱溫度、保溫時間、冷卻介質等,其中最主要原因的是淬火溫度對鋼金相組織、硬度及變形、開裂造成的影響。

2.3 45號鋼熱處理的新工藝

綜上我們知道，造成45號鋼零件淬火裂紋的原因為組織應力和熱應力，而這些應力產生于冷卻介質水，在 300攝氏度馬氏體轉變時，冷卻速度過快，沒有達到或接近理想的淬火冷卻速度所致。

根據上述原理，對45號鋼熱處理新工藝的改造如下：

2.3.1 在水方面，采用油雙液淬火

即將加熱好的零件先在水中停留一定時間，約冷卻至600攝氏度左右，迅速轉移至 32號機油中冷卻至室溫，水中冷卻的目的是不使過冷奧金黃色體發生珠光體轉變，降低組織應力，接近理想的冷卻速度，從而不致于零件淬裂。

2.3.2 采用亞穩淬火，即不完全淬火的方法

以保證性能的前提下，保證淬火后組織中存在一部分鐵素體。塑性好的鐵素體的存在能防止應力集中和阻止裂紋擴展。理論上鐵素體的存在也能減小淬火冷卻中奧氏體轉變為馬氏體所產生的組織應力，從而減小45號鋼零件的變形開裂。

2.3.3 水溶性合成淬火劑或硝鹽淬火

為了防止熱處理淬火時的變形開裂，近年來國內外熱處理行業大力研究較為先進、價廉的淬火介質如快速淬火油，合成淬火劑，高壓氣冷（惰性氣體）等。其目的均為在保證熱處理性能的前提下，盡可能減少熱處理變形和開裂。

2.3.4 小截面零件

采用提高加熱溫度淬32號機油，按照淬火一般原則，在達到淬火目的情況下，應盡可能用冷卻速度小的淬火介質，這樣能有效降低內應力，因零件較小通過提高加熱溫度，加大過冷度提高臨界冷卻速度，用較慢的冷卻介質也能防止淬裂。

總結：45號鋼在達到淬火溫度后 ,不需保溫立即淬火,并經回火處理的調質熱處理新工藝 ,與傳統調質熱處理工藝相比 ,工件的綜合性能大體相當 ,但大大縮短保溫時間 ,節約能源 ,降低成本 ,并且既保證了工件中心部位的韌性 ,又改善表面耐磨性 ,對廣大中小型有色金屬加工企業來說,是一種值得參考的調質熱處理新工藝。

3 結束語

綜上所述，45號是一種優質的碳素結構用鋼，其在實踐生活中應用廣泛。但傳統的對45號鋼進行熱處理的方法容易造成鋼的變形和開裂，針對這個問題，我們提出了對45進行熱處理的新工藝，以期能夠提高它的利用效率、減少浪費。

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