45號(hào)鋼的概況及熱處理方法

孟 成

（遼河油田裝備制造總公司，遼寧 盤錦 124000）

45號(hào)鋼由于其綜合機(jī)械性能好、調(diào)質(zhì)處理后其硬度可控制的范圍寬，因此用途十分廣泛。但在轉(zhuǎn)化為具體的模具前需對(duì)其進(jìn)行熱處理。鋼的熱處理是指通過鋼在固態(tài)下的加熱、保溫和冷卻,改變鋼的內(nèi)部組織，從而改變性能的一種工藝方法。本文分兩個(gè)部分：第一部分是對(duì)45號(hào)鋼的概括性介紹，第二部分便是對(duì)45號(hào)鋼熱處理方法的一些總結(jié)。

1 關(guān)于45號(hào)鋼

此部分將從45號(hào)鋼的化學(xué)成分、材料性能和用途三方面入手，對(duì)45號(hào)鋼進(jìn)行介紹：

1.1 45號(hào)鋼的化學(xué)成分和屬性

45號(hào)鋼的含碳（C）量是0.42～0.50%，Si含量為0.17～0.37%，Mn含量0.50～0.80%，Cr含量<=0.25%，Ni含量<=0.30%?？估瓘?qiáng)度Mpa 600，屈服強(qiáng)度Mpa 355，伸長(zhǎng)率16%。

1.2 45號(hào)鋼的材料性能

45號(hào)鋼雖焊接性能一般，但它是機(jī)械制造中廣泛應(yīng)用的中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。它具有良好的切削加工性能。通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用，它具有高的強(qiáng)度和塑性，經(jīng)調(diào)質(zhì)成索氏體時(shí)，有一定程度上的的韌性。但進(jìn)行熱處理時(shí)，卻會(huì)出現(xiàn)淬透性差，水淬變形大，裂紋傾向敏感等問題，尤以40℃左右水淬時(shí)更為明顯。

1.3 45號(hào)鋼的用途

45號(hào)鋼可制造強(qiáng)度要求較高的零件，如曲軸、軸、活塞銷、工夾具等零件。這些零件的制造要求大多是零件表面的高硬度性、高耐磨性，而心部具有高強(qiáng)度和高韌性，調(diào)質(zhì)后進(jìn)行高頻或火焰表面淬火等。45號(hào)鋼經(jīng)低溫球化退火后，它可冷擠壓為成形零件，如球頭銷、推力桿等。45鋼是軸類零件的常用材料，淬火后表面硬度可達(dá)45～52HRC它價(jià)格便宜，經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能。45號(hào)鋼還廣泛用于機(jī)械制造等，這種鋼的機(jī)械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45號(hào)鋼可以淬硬至HRC42～46。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45＃鋼優(yōu)越的機(jī)械性能，常將45＃鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。

2 45號(hào)鋼的熱處理方法

本部分主要分三個(gè)小部分來對(duì)45號(hào)鋼的熱處理進(jìn)行分析，首先介紹的是傳統(tǒng)的熱處理方法，再次分析了這種熱處理方法的弊端及其原因分析，最后介紹的目前對(duì)45號(hào)鋼熱處理工藝的一些改進(jìn)措施。

2.1 45號(hào)鋼的傳統(tǒng)熱處理方法

傳統(tǒng)上鋼的熱處理工藝過程都包括加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段。對(duì)于高碳鋼,雖然硬度高,但其缺點(diǎn)是心部韌性不足，低碳鋼則心部韌性雖好,卻存在表面硬度低的問題，不耐磨。對(duì)此，工業(yè)上廣泛采用表面的熱處理，即表面淬火和化學(xué)熱處理的方法來解決問題。下面就對(duì)傳統(tǒng)上45號(hào)鋼的熱處理方法進(jìn)行簡(jiǎn)介：

2.1.1 預(yù)備熱處理

45號(hào)鋼鍛軋件一般不作退火處理，一方面是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的退火造成了鐵素體集聚，組織不均勻，另一方面則是因?yàn)橹芷陂L(zhǎng)，生產(chǎn)效率低的問題，因此通常采用高溫回火和正火。高溫回火的溫度一般在724攝氏度以下，所以沒有重結(jié)晶過程，但可以消除或降低因鍛軋而存在的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，方便于我們的切削加工。

2.1.2 低溫球化退火

低溫球化退火是冷擠壓生產(chǎn)過程中一個(gè)不可或缺的工序。低溫球化退火的溫度在接近724攝氏度的點(diǎn)時(shí)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫，可使片狀球光體轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钪楣怏w，硬度由原退火前的＞180HB降低至≤145HB，這樣做提高了塑性，為冷擠壓創(chuàng)造了條件。

2.1.3 淬火

45號(hào)鋼的奧氏體穩(wěn)定性差，加熱后需快速淬火冷卻 才能獲得高硬度的馬氏體組織。同時(shí)45號(hào)鋼的導(dǎo)熱性良好，淬火時(shí)不需預(yù)熱而直接人爐加熱 。加熱溫度820℃－860℃ ,溫度高低的選擇，視工件具體情況確定，比如重要工件，要求變形嚴(yán)格的選用下限溫度，堿浴、硝鹽浴分級(jí)時(shí)選用偏高溫度，而較大工件調(diào)質(zhì)時(shí)，為提高淬透深度和心部性能，選用840℃－860℃的溫度等。

2.1.4 臨界溫度淬火

780℃臨界溫度淬火，可得到極細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后顯著提高鋼的韌性，裂紋敏感性大大降低。截面尺寸相差懸殊而易產(chǎn)生裂紋的工件，臨界溫度淬火可收到良好效果。也可視工件的不同要求,在724攝氏度一 780攝氏度之間的臨界區(qū)淬火。

2.1.5 高頻淬火

高頻加熱速度可達(dá)200-1000℃/S,臨界溫度相應(yīng)提高，故淬火加熱溫度較常規(guī)淬火高出80-100℃，即 880-920℃，甚至更高一些。因?yàn)榧訜崴俣瓤欤M織細(xì)小，應(yīng)力大 ,高頻淬火有“超硬度”現(xiàn)象 ,可達(dá)62－66HRC,所以高頻淬火件耐磨性高，疲勞抗力顯著增大，而缺口敏感性較小。

2.2 45號(hào)鋼傳統(tǒng)處理方法的弊端及其原因分析

從上可看出以往按一些熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)選取的45號(hào)鋼840℃的淬火溫度偏高，加熱時(shí)間稍長(zhǎng),就容易造成輕微過熱，在奧氏體化時(shí)，易使奧氏體晶粒粗大。淬火時(shí),鋼本身的冷卻速度慢。在相同冷卻條件下。過熱工科鈴速加大,使工件淬火時(shí)熱應(yīng)力、組織應(yīng)力都增大,在正常情況下,熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的作用相反，大小幾乎能抵消，然而對(duì)于小直徑零件,淬火時(shí)熱應(yīng)力幾乎不存在,所以只有組織應(yīng)力單方面增加,加大了工件的變形及開裂的可能性。

同時(shí)一般工廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件多數(shù)采用45號(hào)鋼冷拔料，按上述常規(guī)的熱處理規(guī)范，火溫度為810°C，冷卻介質(zhì)為水或10%鹽水，水溫為室溫，但這樣在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)不同程度的淬火裂紋，因此造成許多的廢品，而且也浪費(fèi)了材料。

影響工件淬裂的主要原因,大多是工件熱處理工藝的不完善。熱處理工藝參數(shù)主要包括加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻介質(zhì)等,其中最主要原因的是淬火溫度對(duì)鋼金相組織、硬度及變形、開裂造成的影響。

2.3 45號(hào)鋼熱處理的新工藝

綜上我們知道，造成45號(hào)鋼零件淬火裂紋的原因?yàn)榻M織應(yīng)力和熱應(yīng)力，而這些應(yīng)力產(chǎn)生于冷卻介質(zhì)水，在 300攝氏度馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，冷卻速度過快，沒有達(dá)到或接近理想的淬火冷卻速度所致。

根據(jù)上述原理，對(duì)45號(hào)鋼熱處理新工藝的改造如下：

2.3.1 在水方面，采用油雙液淬火

即將加熱好的零件先在水中停留一定時(shí)間，約冷卻至600攝氏度左右，迅速轉(zhuǎn)移至 32號(hào)機(jī)油中冷卻至室溫，水中冷卻的目的是不使過冷奧金黃色體發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，降低組織應(yīng)力，接近理想的冷卻速度，從而不致于零件淬裂。

2.3.2 采用亞穩(wěn)淬火，即不完全淬火的方法

以保證性能的前提下，保證淬火后組織中存在一部分鐵素體。塑性好的鐵素體的存在能防止應(yīng)力集中和阻止裂紋擴(kuò)展。理論上鐵素體的存在也能減小淬火冷卻中奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所產(chǎn)生的組織應(yīng)力，從而減小45號(hào)鋼零件的變形開裂。

2.3.3 水溶性合成淬火劑或硝鹽淬火

為了防止熱處理淬火時(shí)的變形開裂，近年來國(guó)內(nèi)外熱處理行業(yè)大力研究較為先進(jìn)、價(jià)廉的淬火介質(zhì)如快速淬火油，合成淬火劑，高壓氣冷（惰性氣體）等。其目的均為在保證熱處理性能的前提下，盡可能減少熱處理變形和開裂。

2.3.4 小截面零件

采用提高加熱溫度淬32號(hào)機(jī)油，按照淬火一般原則，在達(dá)到淬火目的情況下，應(yīng)盡可能用冷卻速度小的淬火介質(zhì)，這樣能有效降低內(nèi)應(yīng)力，因零件較小通過提高加熱溫度，加大過冷度提高臨界冷卻速度，用較慢的冷卻介質(zhì)也能防止淬裂。

總結(jié)：45號(hào)鋼在達(dá)到淬火溫度后 ,不需保溫立即淬火,并經(jīng)回火處理的調(diào)質(zhì)熱處理新工藝 ,與傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理工藝相比 ,工件的綜合性能大體相當(dāng) ,但大大縮短保溫時(shí)間 ,節(jié)約能源 ,降低成本 ,并且既保證了工件中心部位的韌性 ,又改善表面耐磨性 ,對(duì)廣大中小型有色金屬加工企業(yè)來說,是一種值得參考的調(diào)質(zhì)熱處理新工藝。

3 結(jié)束語

綜上所述，45號(hào)是一種優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)用鋼，其在實(shí)踐生活中應(yīng)用廣泛。但傳統(tǒng)的對(duì)45號(hào)鋼進(jìn)行熱處理的方法容易造成鋼的變形和開裂，針對(duì)這個(gè)問題，我們提出了對(duì)45進(jìn)行熱處理的新工藝，以期能夠提高它的利用效率、減少浪費(fèi)。

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