基于热处理对45钢组织和性能的影响
2014-06-09林宗德林新英
林宗德，林新英
（闽南理工学院，福建 石狮 362700）
基于热处理对45钢组织和性能的影响
林宗德，林新英
（闽南理工学院，福建 石狮 362700）
热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，能充分发挥体现金属材料性能的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能。钢的热处理工艺是将钢加热到一定的温度，经过一定的保温时间，然后以某种速度或冷却方式将其冷却下来，使得到钢的组织和性能发生改变。
45钢；性能；正火；淬火；回火
0 引言
试样的材料及条件：试样选用直径20mm高20mm的45钢圆形棒料，原始组织为热轧状态。加热设备为箱式高温电阻炉。它的条件是在温度为860℃加热并保温 15min，然后直接在冷水中冷却至室温，再中温400℃回火一个小时。
1 试样处理工艺选择
淬火就是将钢加热到 Ac3或Ac1以上30～50℃，再保温后放入各种不同的冷却介质中，以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体和残余奥氏体所组成的。能正确地进行钢的淬火，实验时必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、保温时间、冷却速度和回火温度。
（1）淬火加热的温度。选定正确的不同加热温度是保证淬火质量的重要环节。淬火时具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据铁碳金相图确定如图1所示。对于亚共析钢，其加热温度为Ac3＋30～50℃，如果加热温度不足，会出现少量的铁素体，从而使强度和硬度降低。而对于过共析钢，加热温度为 Ac1＋30～50℃，淬火后可得到细小的马氏体和粒状渗碳体，同时可以提高钢的硬度和耐磨性。
图1 铁碳合金相图
（2）保温时间的确定。淬火加热时间是将试样加热到所需要的时间和保温时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸大小、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。
表1 碳钢在箱式电炉中保温时间的确定
（3）冷却速度的影响。冷却是淬火的关键，直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于冷却的临界速度，以保证获得马氏体组织；但是在这个前提下又要尽量避免冷却缓慢，以减少钢中的内应力，防止变形和开裂。因此，可以根据C曲线图，如图2所示，使淬火工作处在过冷奥氏体650～550℃进行快速冷却，然而在较低温度（300～100℃）时冷却速度尽可能慢些。为了淬火的效果，选用合适的冷却方法。不同的介质在不同的温度范围内的冷却速度不一样。各种冷却介质的特性见表2。
根据上述过程，本次45钢淬火温度选择860℃，冷却介质选择水（温度在20℃左右）。
（4）回火温度选择。钢经淬火后得到的马氏体硬而脆，并且内部存在很大的内应力，如果直接进行磨削加工会出现裂痕。因此淬火钢必须进行回火处理。各种回火温度的特性见表3。
图2 铁碳合金C曲线图
表2 几种常用淬火介质的冷却能力
表3 为45钢淬火后经不同温度回火后的组织及性能
2 试样结果及分析
（1）观察组织，详见图3。腐蚀剂：4%硝酸酒精；处理：860℃加热保温后淬火；组织：马氏体组织；光学放大倍数：400x。
图4 为中温回火。腐蚀剂：4%硝酸酒精；处理：860℃淬火后400℃回火；组织：回火屈氏体；光学放大倍数：400x。
图3 860℃ 淬火组织
图4 中温400℃回火
（2）分析的问题：在淬火过程中，淬火后的组织是块状铁素体组织，其金相照片如图5所示。
图5 金相组织分析图
经反复试验排除了加热温度不够和保温时间不足等原因。出现此种情况可能是因为冷却速度不够造成，原因可能有：①从炉中取出样品放入水中动作较慢，入水时样品温度下降；②冷却水温度较高，冷却能力明显下降（参见表2）；③样品在水中冷却时没有进行搅动。
（3）打硬度。根据上述图表得到硬度在41HRC左右，详见图6。
图6 45钢热处理后的硬度值
3 结束语
本文叙述了钢基本热处理工艺过程和观察金相方法等。同时通过对45钢淬火和回火组织的观察与分析以及硬度测试，进一步认识了热处理工艺对刚材料的组织和性能的影响。大大的方便了我们的学习和以后的工作。热处理工艺过程的设计要根据我们所要得到的材料组织和性能以及设备、经济条件等进行。
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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，助理实验师。研究方向：机械工程。
