亞溫淬火與普通淬火對(duì)45鋼組織性能影響

王國(guó)欣/沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

?

亞溫淬火與普通淬火對(duì)45鋼組織性能影響

王國(guó)欣/沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

【摘 要】研究了亞溫淬火與普通淬火對(duì)45鋼顯微組織及力學(xué)性能的影響，探討了奧氏體晶粒細(xì)小的原因及馬氏體轉(zhuǎn)變過程中的特點(diǎn)。結(jié)果表明，在770 ℃、790 ℃、810 ℃、840 ℃下，隨淬火溫度的升高，45鋼的強(qiáng)度、硬度先增大后減小，在溫度為810℃時(shí)力學(xué)性能為最佳。殘余鐵素體使奧氏體晶粒長(zhǎng)大受阻，導(dǎo)致基體組織為細(xì)小馬氏體組織，提高了45鋼的綜合力學(xué)性能。

【關(guān)鍵詞】亞溫淬火；普通淬火；強(qiáng)度；硬度；顯微組織

45鋼是含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，大量用于齒輪、連接桿、蝸桿、活塞、曲軸等零件。但45鋼淬透性較低，淬火后有開裂的傾向，那么改善45鋼的性能就變得非常重要了［1］。本文對(duì)45鋼進(jìn)行了不同溫度的亞溫淬火與普通淬火及回火處理，經(jīng)過試驗(yàn)得到45鋼的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，找出數(shù)據(jù)間的規(guī)律，再經(jīng)過金相組織觀察分析，進(jìn)而研究亞溫淬火和普通淬火對(duì)其組織性能是如何影響的，最后找到在實(shí)際生產(chǎn)中的最佳熱處理工藝。

1.試驗(yàn)材料及方法

1.1.試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所選用的45鋼原始狀態(tài)為熱軋態(tài)，直徑為12 mm 的棒料，試驗(yàn)所用45鋼的化學(xué)成分為C:0.45、Si:0.25、Mn:0.67、P:0.03、S:0.03、Ni:0.22、Cu:0.23。

1.2.試驗(yàn)用試樣的制備

試驗(yàn)所用試樣分別為金相試樣、硬度試樣、拉伸試樣三種。其中金向試樣是直徑10mm、高度為15mm的圓柱試樣，硬度試樣是直徑10mm、高度為20mm的圓柱試樣，拉伸試樣是直徑為10 mm 的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。

1.3.試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備

硬度性能檢測(cè)設(shè)備：洛氏硬度計(jì)；材料強(qiáng)度性能檢測(cè)設(shè)備：WDW-100萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；金相組織觀察設(shè)備：金相預(yù)磨機(jī)、拋光機(jī)、MR-5000金相顯微鏡。

1.4.試驗(yàn)方法

首先把45鋼加工成金相試樣、硬度試樣、拉伸試樣，在770℃～840 ℃之間，選取770 ℃、790 ℃、810 ℃、840 ℃四組溫度分別進(jìn)行亞溫淬火與普通淬火處理。對(duì)試驗(yàn)得到的24個(gè)試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果取每組溫度下三個(gè)測(cè)量值的平均值。同時(shí)得到的五組溫度下的4個(gè)金相試樣，進(jìn)行金相顯微組織觀察。

2.試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1.力學(xué)性能分析

表1　 45鋼亞溫淬火與普通淬火及力學(xué)性能Tab.1 The subcritical quenching and conventional quenching of 45 steel and mechanical properties

從表1中我們能夠看到，隨著淬火溫度的升高，45鋼的強(qiáng)度、硬度都增加，因?yàn)殍F素體轉(zhuǎn)逐漸變?yōu)榱藠W氏體，鐵素體的含量逐漸變少。在810℃左右淬火時(shí)，鋼的強(qiáng)度硬度最高，因?yàn)轱@微組織中含少量未溶的鐵素體，呈彌散微小顆粒狀分布，阻礙了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，而由奧氏體轉(zhuǎn)變而來(lái)的馬氏體就變得比較細(xì)小，這樣可以彌補(bǔ)因引入鐵素體對(duì)強(qiáng)度的不利影響［2-3］。當(dāng)達(dá)到840℃的時(shí)，強(qiáng)度、硬度又稍微降低了。

2.2 亞溫淬火與普通淬火后45鋼顯微組織及分析

由（a）～（d）中可以看出，在770℃、790℃、810℃、840℃四個(gè)溫度中，隨著淬火溫度的升高，45鋼組織中鐵素體含量逐漸減少，馬氏體含量逐漸增多。當(dāng)淬火溫度為790℃時(shí)，鐵素體在組織中的含量已經(jīng)很少，僅剩4%左右，剩下的都是馬氏體，見圖（b）。在810℃時(shí)，僅有少量鐵素體存于馬氏體的組織中，見圖（c）。當(dāng)淬火溫度是840℃時(shí)，鐵素體幾乎全部消失，組織中幾乎都是馬氏體，見圖（d）。由圖（a）～（d）中可以看出，隨著淬火溫度的提高，少量彌散分布的鐵素體阻礙了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，得到了較為細(xì)小的板條狀馬氏體。而晶粒的細(xì)化所提高的強(qiáng)度恰巧可以彌補(bǔ)因含有鐵素體而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，晶粒細(xì)小化也會(huì)提高45鋼的塑、韌性［4-5］。

圖1　 45鋼不同淬火溫度下的金相組織Fig.1 Microstructures of 45 steel under diferent quenching temperature

3.結(jié)論

（1）.在770 ℃、790 ℃、810 ℃、840 ℃五個(gè)溫度中，隨淬火溫度的升高，45鋼的強(qiáng)度、硬度先增大后減小，在溫度為810℃時(shí)力學(xué)性能為最佳。

（2）.隨著淬火溫度逐漸的變大，鐵素體的形態(tài)也發(fā)生了變化，大小逐漸變小。未溶的殘余鐵素體使奧氏體晶粒長(zhǎng)大受阻，導(dǎo)致基體組織為細(xì)小馬氏體組織，提高了45鋼的綜合力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)：

［1］李安銘，王向杰，黃麗娟.45鋼亞溫淬火工藝的研究［J］.金屬熱處 理，2007，32（10）:56-58.

［2］賀睿，李雷，郭世敬等.亞溫淬火溫度對(duì)45鋼組織性能的影響［J］.材料熱處理技術(shù)，2010（1）:142-146.

［3］王傳雅.鋼的亞溫淬火［J］.金屬熱處理，1980（2）:1-15.

［4］侯東芳，魏曉紅，杜興銳.45鋼亞溫淬火組織及性能研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（6）:61-64.

［5］郭元均，張東輝.45號(hào)鋼亞溫淬火的探討［J］.江西工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1985，7（2）:47-57.