45鋼調(diào)質(zhì)硬度的影響因素分析

黃玉多

摘? 要：調(diào)質(zhì)是鋼鐵熱處理工藝中的重要一種，其主要用于對鋼鐵的力學(xué)性能及鋼鐵的加工性能加以改善，增強(qiáng)鋼鐵的硬度和韌性，從而使得鋼鐵及鋼鐵零部件能夠獲得人們所需要的性能。在鋼鐵及鋼鐵零部件調(diào)質(zhì)過程中，最容易出現(xiàn)的問題為鋼鐵及鋼鐵零部件調(diào)質(zhì)后硬度無法達(dá)到所要求硬度的問題，從而造成損失。為確保鋼鐵及鋼鐵零部件調(diào)質(zhì)后的硬度，需要對鋼鐵及鋼鐵零部件調(diào)質(zhì)過程中影響調(diào)質(zhì)硬度的因素進(jìn)行分析并制定針對性的處理措施，保證鋼鐵及鋼鐵零部件調(diào)質(zhì)硬度滿足工藝要求。

關(guān)鍵詞：鋼鐵及鋼鐵零部件;調(diào)質(zhì);硬度;45鋼

中圖分類號：TG156? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0061-02

Abstract： Quenching and tempering is an important heat treatment process of iron and steel， which is mainly used to improve the mechanical properties and processing properties of steel， and to enhance the hardness and toughness of steel， so that steel and steel parts can obtain the properties that people need. In the process of quenching and tempering of iron and steel parts， the most common problem is that the hardness of iron and steel parts can not reach the required hardness after quenching and tempering， resulting in losses. In order to ensure the hardness of steel and steel parts after quenching and tempering， it is necessary to analyze the factors that affect the quenching and tempering hardness of iron and steel parts and formulate targeted treatment measures to ensure that the quenched and tempered hardness of iron and steel parts meets the process requirements.

Keywords： iron and steel and steel parts; quenching and tempering; hardness; No.45 steel

前言

鋼鐵及鋼鐵零部件調(diào)質(zhì)是現(xiàn)代機(jī)械加工領(lǐng)域中較為常用的一種熱處理工藝，其核心在于改善鋼鐵及鋼鐵零部件的力學(xué)性能，使得鋼鐵及鋼鐵零部件獲得工藝要求的硬度。但是在鋼鐵及鋼鐵零部件調(diào)質(zhì)中容易出現(xiàn)調(diào)質(zhì)后硬度無法達(dá)標(biāo)的問題。本文將以45鋼為例對其調(diào)質(zhì)過程中影響45鋼調(diào)質(zhì)硬度的因素進(jìn)行綜合性的分析，為45鋼的后續(xù)調(diào)質(zhì)處理提供借鑒參考。

1 溫度對45鋼調(diào)質(zhì)性能及硬度的影響

某工廠采用的是2100mm×1000mm×750mm的加熱爐，加熱爐的功率為125kW，能夠?yàn)榇蟪叽?5鋼零部件進(jìn)行加熱調(diào)質(zhì)，在將其應(yīng)用于一些中、小尺寸45鋼零部件的調(diào)質(zhì)處理時(shí)，常常會出現(xiàn)調(diào)質(zhì)后的45鋼零部件硬度不足的問題，為解決這一問題需要對影響中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的因素進(jìn)行分析。總體來說，影響中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的因素主要集中在調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)保溫時(shí)間以及回火溫度等幾個(gè)方面。由于工廠所使用的加熱爐體積較大，中、小尺寸的45鋼零部件在調(diào)質(zhì)過程中容易出現(xiàn)受熱慢、加熱時(shí)間和保溫時(shí)間難以把控的問題。根據(jù)以往中、小尺寸45鋼零部件的調(diào)質(zhì)結(jié)果來看，45鋼零部件的調(diào)質(zhì)硬度差距較大，嚴(yán)重的會相差20-28HB，甚至更多。為在現(xiàn)有加熱爐條件下確保中、小尺寸45鋼零部件取得較好的調(diào)質(zhì)硬度，通過對該尺寸下加熱爐的加熱溫度、保溫時(shí)間以及回火溫度進(jìn)行多次試驗(yàn)測算，確定了合理的中、小尺寸45鋼零部件的調(diào)質(zhì)參數(shù)。

2 加熱溫度對中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的影響

為試驗(yàn)不同加熱溫度對中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的影響，選取直徑為φ60mm、長度為200mm的45圓鋼為調(diào)質(zhì)試驗(yàn)件，以兩件為1組，共設(shè)置4組共8件試驗(yàn)不同加熱溫度下對中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)的影響。試驗(yàn)件分別以780℃為起點(diǎn)，以50℃為一個(gè)間隔設(shè)置試驗(yàn)加熱溫度，最高溫度為930℃，分別將試驗(yàn)件放入加熱爐中進(jìn)行加熱半小時(shí)，而后將試驗(yàn)件放入水中冷卻降溫，對試驗(yàn)件進(jìn)行金相和硬度測試，并記錄試驗(yàn)結(jié)果如下：780℃下2件試驗(yàn)件的平均硬度值約為318HB，830℃下2件試驗(yàn)件的平均硬度值約為492HB，880℃下2件試驗(yàn)件的平均硬度值約為514HB，930℃下2件試驗(yàn)件的平均硬度值約為337HB。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，從780℃開始試驗(yàn)件的硬度持續(xù)上升，在880℃時(shí)達(dá)到較高的硬度。在隨后的高溫回火后試驗(yàn)件的硬度將有所降低，工藝要求試驗(yàn)件的硬度需要達(dá)到280HB。在780℃和930℃的加熱溫度下無法使得試驗(yàn)件獲得足夠的調(diào)質(zhì)硬度。結(jié)合工藝要求以830℃和880℃作為加熱溫度能夠滿足工件的調(diào)質(zhì)工藝要求。加熱溫度除了會影響45鋼零部件的調(diào)質(zhì)硬度外，還會對工件的抗拉強(qiáng)度造成一定程度的影響，以上述加熱溫度和試驗(yàn)件為樣本對工件的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行檢測。測試結(jié)果如下：780℃下樣本的抗拉強(qiáng)度平均值約為562MPa，830℃下樣本的抗拉強(qiáng)度平均值約為606MPa，880℃下樣本的抗拉強(qiáng)度平均值約為612MPa，930℃下樣本的抗拉強(qiáng)度平均值約為567MPa。根據(jù)測試結(jié)果可以看出，相同的回火溫度下，淬火溫度與45鋼的抗拉強(qiáng)度變化呈正比，當(dāng)測試加熱溫度在880℃和830℃條件下時(shí)，試驗(yàn)件獲得了較高的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)加熱溫度過高時(shí)如達(dá)到930℃時(shí)，其抗拉強(qiáng)度反而下降至與780℃相近。此外，當(dāng)加熱溫度在880℃和830℃條件下時(shí)，45鋼零部件在斷面收縮率和延伸率方面也獲得了較高的測試值。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在中、小尺寸零部件的調(diào)質(zhì)處理中，選830℃和880℃作為加熱和淬火溫度將能使得試驗(yàn)件獲得良好的硬度、斷面收縮率和延伸率。此外，考慮到加熱溫度越高加熱爐將需要更長的時(shí)間和更多的用電量，在滿足45鋼調(diào)質(zhì)工藝要求的條件下選取830℃為宜。

3 保溫時(shí)間對中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的影響

在選取830℃作為中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)加熱溫度的條件下，以2件圓鋼為一組，分別以15min、30min、45min和1h，為保溫時(shí)間試驗(yàn)設(shè)置4組測試件。4組測試圓鋼在加熱保溫后分別放置入冷水中進(jìn)行冷卻而后再對其分別放置在500℃高溫下進(jìn)行回火。4組試驗(yàn)件的硬度測試結(jié)果分別如下：保溫時(shí)間為15min時(shí)，高溫回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為247HB。保溫時(shí)間為30min時(shí)，高溫回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為308HB。保溫時(shí)間為45min時(shí)，高溫回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為332HB。 保溫時(shí)間為1h時(shí)，高溫回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為317HB。工藝要求45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度為280HB，除保溫時(shí)間在15min這一組外，其他3組都達(dá)到了工藝要求。隨著保溫時(shí)間的延長，45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度在30min和45min條件下都得到了較大的提升，而在1h保溫時(shí)間下45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度反而相對于45min條件下有所降低。因此，綜合考慮后可以選取30-45min這一時(shí)間段作為保溫時(shí)間。從而為以后調(diào)質(zhì)45鋼零部件做出參考。

4 回火溫度對中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的影響

為測試回火溫度對中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的影響，分別以2件直徑為φ60mm的圓鋼為試驗(yàn)件測試不同回火溫度條件下45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度。以830℃為調(diào)質(zhì)加熱溫度，30min為試驗(yàn)件的保溫時(shí)間，以500℃為起點(diǎn)溫度，560℃為最高溫度，以20℃為溫度間隔設(shè)置4組回火溫度來測試回火溫度對中、小尺寸45鋼零部件調(diào)質(zhì)硬度的影響。測試后的結(jié)果如下：在500℃的回火溫度下，回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為308HB。在520℃的回火溫度下，回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為289HB。在540℃的回火溫度下，回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為269HB。在560℃的回火溫度下，回火后試驗(yàn)件的平均硬度值約為260HB。綜合可知，在830℃的加熱條件下，以30min為保溫時(shí)間，回火溫度與試驗(yàn)件的平均硬度值呈反比。即溫度越高試驗(yàn)件的硬度呈逐漸降低的趨勢。以工件的調(diào)質(zhì)工藝要求280HB為標(biāo)準(zhǔn)，500℃和520℃的溫度條件下都能夠使得中、小尺寸的45鋼零部件達(dá)到工藝所要求的硬度。

總體來說，在45鋼零部件的調(diào)質(zhì)處理中，加熱溫度、保溫時(shí)間以及回火溫度等都會對45鋼零部件的調(diào)質(zhì)硬度產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在830℃-880℃的加熱溫度條件下，45鋼零部件可以獲得較為良好的調(diào)質(zhì)性能;同樣，在830℃條件下，保溫時(shí)間控制在30min-45min之間為宜;而回火溫度在500℃-540℃之間都能夠獲得較為良好的調(diào)質(zhì)硬度。綜合考慮到工藝要求的調(diào)質(zhì)硬度、加工效率以及經(jīng)濟(jì)性等幾個(gè)方面的指標(biāo)，選取830℃的加熱時(shí)間、30min的保溫時(shí)間和520℃的回火溫度可以獲得較為良好的45鋼零部件調(diào)質(zhì)質(zhì)量。在滿足調(diào)質(zhì)硬度的要求下獲得較為良好的經(jīng)濟(jì)性。

5 45鋼調(diào)質(zhì)后硬度不均的問題分析與處理

某45鋼調(diào)質(zhì)后出現(xiàn)硬度分布不均的問題，嚴(yán)重影響了該零部件的正常使用。通過對鋼材進(jìn)行金相分析后發(fā)現(xiàn)，45鋼自身存在一定程度化學(xué)成分偏析，原始組織均勻性不高，調(diào)質(zhì)過程中，首次淬火加熱時(shí)奧氏體組織均勻化不足，致使淬火后45鋼的顯微組織分布不均勻，從而導(dǎo)致了45鋼調(diào)質(zhì)后硬度分布不均。為解決這一問題，在分析原因的基礎(chǔ)上對原有調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，將原先所采用的淬火溫度在原有基礎(chǔ)上提升30℃，從而使得45鋼中因碳含量偏析所導(dǎo)致的組織分布不均勻問題得到改善， 45鋼在淬火后其顯微組織分布更加均勻，以便于更好的對其進(jìn)行調(diào)質(zhì)。此外對于調(diào)質(zhì)后的保溫時(shí)間及回火溫度都需要進(jìn)行調(diào)整，在選用880℃加熱溫度的基礎(chǔ)上，分別以30min和45min為保溫時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)測試，并選用520℃作為高溫回火溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：在采用上述調(diào)質(zhì)參數(shù)的基礎(chǔ)上對原45鋼進(jìn)行了二次調(diào)質(zhì)， 45鋼中的組織得到了一定程度的均勻化，且晶粒大小相對穩(wěn)定。二次調(diào)質(zhì)工藝能夠?qū)σ淮未慊鹫{(diào)質(zhì)硬度不均勻問題進(jìn)行相應(yīng)的改善，提高45鋼的調(diào)質(zhì)質(zhì)量。

6結(jié)束語

45鋼是應(yīng)用十分廣泛的鋼材，通過對45鋼做調(diào)質(zhì)處理將能夠有效的改善45鋼的性能從而使得其能夠獲得更好的應(yīng)用。本文以某一型號加熱爐為例就45鋼應(yīng)用其中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時(shí)所存在的硬度不足問題進(jìn)行了分析，通過對各影響因素進(jìn)行分析確定了適合該型號加熱爐的45鋼調(diào)質(zhì)參數(shù)，從而為今后的調(diào)質(zhì)處理提供了良好的參考。

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