45号钢的概况及热处理方法

2011-12-31孟成

中国新技术新产品 2011年9期

孟成

（辽河油田装备制造总公司，辽宁盘锦 124000）

45号钢由于其综合机械性能好、调质处理后其硬度可控制的范围宽，因此用途十分广泛。但在转化为具体的模具前需对其进行热处理。钢的热处理是指通过钢在固态下的加热、保温和冷却,改变钢的内部组织，从而改变性能的一种工艺方法。本文分两个部分：第一部分是对45号钢的概括性介绍，第二部分便是对45号钢热处理方法的一些总结。

1 关于45号钢

此部分将从45号钢的化学成分、材料性能和用途三方面入手，对45号钢进行介绍：

1.1 45号钢的化学成分和属性

45号钢的含碳（C）量是0.42～0.50%，Si含量为0.17～0.37%，Mn含量0.50～0.80%，Cr含量<=0.25%，Ni含量<=0.30%。抗拉强度Mpa 600，屈服强度Mpa 355，伸长率16%。

1.2 45号钢的材料性能

45号钢虽焊接性能一般，但它是机械制造中广泛应用的中碳优质碳素结构钢。它具有良好的切削加工性能。通常在调质或正火状态下使用，它具有高的强度和塑性，经调质成索氏体时，有一定程度上的的韧性。但进行热处理时，却会出现淬透性差，水淬变形大，裂纹倾向敏感等问题，尤以40℃左右水淬时更为明显。

1.3 45号钢的用途

45号钢可制造强度要求较高的零件，如曲轴、轴、活塞销、工夹具等零件。这些零件的制造要求大多是零件表面的高硬度性、高耐磨性，而心部具有高强度和高韧性，调质后进行高频或火焰表面淬火等。45号钢经低温球化退火后，它可冷挤压为成形零件，如球头销、推力杆等。45钢是轴类零件的常用材料，淬火后表面硬度可达45～52HRC它价格便宜，经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。45号钢还广泛用于机械制造等，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42～46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45＃钢优越的机械性能，常将45＃钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

2 45号钢的热处理方法

本部分主要分三个小部分来对45号钢的热处理进行分析，首先介绍的是传统的热处理方法，再次分析了这种热处理方法的弊端及其原因分析，最后介绍的目前对45号钢热处理工艺的一些改进措施。

2.1 45号钢的传统热处理方法

传统上钢的热处理工艺过程都包括加热、保温和冷却三个阶段。对于高碳钢,虽然硬度高,但其缺点是心部韧性不足，低碳钢则心部韧性虽好,却存在表面硬度低的问题，不耐磨。对此，工业上广泛采用表面的热处理，即表面淬火和化学热处理的方法来解决问题。下面就对传统上45号钢的热处理方法进行简介：

2.1.1 预备热处理

45号钢锻轧件一般不作退火处理，一方面是因为长时间的退火造成了铁素体集聚，组织不均匀，另一方面则是因为周期长，生产效率低的问题，因此通常采用高温回火和正火。高温回火的温度一般在724摄氏度以下，所以没有重结晶过程，但可以消除或降低因锻轧而存在的内应力，降低硬度，方便于我们的切削加工。

2.1.2 低温球化退火

低温球化退火是冷挤压生产过程中一个不可或缺的工序。低温球化退火的温度在接近724摄氏度的点时，经长时间保温，可使片状球光体转变为球状珠光体，硬度由原退火前的＞180HB降低至≤145HB，这样做提高了塑性，为冷挤压创造了条件。

2.1.3 淬火

45号钢的奥氏体稳定性差，加热后需快速淬火冷却才能获得高硬度的马氏体组织。同时45号钢的导热性良好，淬火时不需预热而直接人炉加热。加热温度820℃－860℃ ,温度高低的选择，视工件具体情况确定，比如重要工件，要求变形严格的选用下限温度，碱浴、硝盐浴分级时选用偏高温度，而较大工件调质时，为提高淬透深度和心部性能，选用840℃－860℃的温度等。

2.1.4 临界温度淬火

780℃临界温度淬火，可得到极细小的奥氏体晶粒，淬火后显著提高钢的韧性，裂纹敏感性大大降低。截面尺寸相差悬殊而易产生裂纹的工件，临界温度淬火可收到良好效果。也可视工件的不同要求,在724摄氏度一 780摄氏度之间的临界区淬火。

2.1.5 高频淬火

高频加热速度可达200-1000℃/S,临界温度相应提高，故淬火加热温度较常规淬火高出80-100℃，即 880-920℃，甚至更高一些。因为加热速度快，组织细小，应力大 ,高频淬火有“超硬度”现象 ,可达62－66HRC,所以高频淬火件耐磨性高，疲劳抗力显著增大，而缺口敏感性较小。

2.2 45号钢传统处理方法的弊端及其原因分析

从上可看出以往按一些热处理工艺标准选取的45号钢840℃的淬火温度偏高，加热时间稍长,就容易造成轻微过热，在奥氏体化时，易使奥氏体晶粒粗大。淬火时,钢本身的冷却速度慢。在相同冷却条件下。过热工科铃速加大,使工件淬火时热应力、组织应力都增大,在正常情况下,热应力与组织应力的作用相反，大小几乎能抵消，然而对于小直径零件,淬火时热应力几乎不存在,所以只有组织应力单方面增加,加大了工件的变形及开裂的可能性。

同时一般工厂生产的标准件多数采用45号钢冷拔料，按上述常规的热处理规范，火温度为810°C，冷却介质为水或10%盐水，水温为室温，但这样在实际生产中会经常出现不同程度的淬火裂纹，因此造成许多的废品，而且也浪费了材料。

影响工件淬裂的主要原因,大多是工件热处理工艺的不完善。热处理工艺参数主要包括加热温度、保温时间、冷却介质等,其中最主要原因的是淬火温度对钢金相组织、硬度及变形、开裂造成的影响。

2.3 45号钢热处理的新工艺

综上我们知道，造成45号钢零件淬火裂纹的原因为组织应力和热应力，而这些应力产生于冷却介质水，在 300摄氏度马氏体转变时，冷却速度过快，没有达到或接近理想的淬火冷却速度所致。

根据上述原理，对45号钢热处理新工艺的改造如下：

2.3.1 在水方面，采用油双液淬火

即将加热好的零件先在水中停留一定时间，约冷却至600摄氏度左右，迅速转移至 32号机油中冷却至室温，水中冷却的目的是不使过冷奥金黄色体发生珠光体转变，降低组织应力，接近理想的冷却速度，从而不致于零件淬裂。

2.3.2 采用亚稳淬火，即不完全淬火的方法

以保证性能的前提下，保证淬火后组织中存在一部分铁素体。塑性好的铁素体的存在能防止应力集中和阻止裂纹扩展。理论上铁素体的存在也能减小淬火冷却中奥氏体转变为马氏体所产生的组织应力，从而减小45号钢零件的变形开裂。

2.3.3 水溶性合成淬火剂或硝盐淬火

为了防止热处理淬火时的变形开裂，近年来国内外热处理行业大力研究较为先进、价廉的淬火介质如快速淬火油，合成淬火剂，高压气冷（惰性气体）等。其目的均为在保证热处理性能的前提下，尽可能减少热处理变形和开裂。

2.3.4 小截面零件

采用提高加热温度淬32号机油，按照淬火一般原则，在达到淬火目的情况下，应尽可能用冷却速度小的淬火介质，这样能有效降低内应力，因零件较小通过提高加热温度，加大过冷度提高临界冷却速度，用较慢的冷却介质也能防止淬裂。

总结：45号钢在达到淬火温度后 ,不需保温立即淬火,并经回火处理的调质热处理新工艺 ,与传统调质热处理工艺相比 ,工件的综合性能大体相当 ,但大大缩短保温时间 ,节约能源 ,降低成本 ,并且既保证了工件中心部位的韧性 ,又改善表面耐磨性 ,对广大中小型有色金属加工企业来说,是一种值得参考的调质热处理新工艺。