基于熱處理對45鋼組織和性能的影響

2014-06-09 12:33:05林宗德林新英

機電產品開發與創新 2014年3期

林宗德，林新英

（閩南理工學院，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，能充分發揮體現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。加熱設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中，以獲得馬氏體組織。碳鋼經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量的重要環節。淬火時具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據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、所需的加熱介質及加熱方法等因素有關，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。冷卻是淬火的關鍵，直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時應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，以減少鋼中的內應力，防止變形和開裂。因此，可以根據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。不同的介質在不同的溫度范圍內的冷卻速度不一樣。各種冷卻介質的特性見表2。

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

（4）回火溫度選擇。鋼經淬火后得到的馬氏體硬而脆，并且內部存在很大的內應力，如果直接進行磨削加工會出現裂痕。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。