45号钢热处理.docx

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45号钢热处理

45号钢热处理

摘要

这学期我们进行了减速箱的设计，按照选用要求选择了45号钢作为选用材料。

故对45号钢进行了深入了解与查询。

本文通过45钢的热处理工艺对其硬度的影响以及淬火温度对45钢金相组织，硬度及变形开裂的影响;通过对４５钢进行正火、淬火、中温回火等热处理工艺后，能显著提高４５钢的综合力学性能和切削加工性能，使其具有较高的弹性极限和韧性，使它的芯部强韧性及表面硬度都有所提高，大大降低了生产成本。

关键词：

45钢，热处理，组织性能，淬火开裂

１　概述

４５钢性价比较高，是一种优质碳素结构用钢，因此使用范围较为广泛。

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４５钢的硬度不是很高并且容易进行切削加工，经常用来制作模具中的模板、导柱等，但是机加工前必须预先经过热处理。

轴类零件也常选用４５钢，但是要通过表面淬火，如高频淬火或者是直接淬火（淬火后表面硬度可达４５ＨＲＣ～５２ＨＲＣ），以获得需要的表面硬度、强度和韧性等综合机械性能。

245钢的当前热处理现状

45钢淬火前的硬度低于28HRC，而淬火后的硬度可以高于55HRC，其变化的程度取决于热处理的方式。

45钢机械性能的不同取决于由于冷却速度改变而形成的不同的结构组织。

意思就是铁碳系统中最高硬度的获得取决于一种叫做马氏体转变的非扩散性转变；最低硬度的取得取决于珠光体和铁素体的扩散性共析转变。

平衡点附近快速冷却时获得的马氏体或缓慢冷却时获得的铁素体都是从奥氏体转化而来的因此无论其组织和力学性能都与其热处理工艺有关。

热处理工艺的改变对45钢的性能影响决定了对其热处理工艺的研究的重要性。

目前45钢主要热处理工艺有正火、淬火和回火，其推荐热处理温度为：

正火850℃、淬火840℃、回火600℃。

随着热处理工艺参数的改变，热处理后45钢的组织和性能相应改变。

适当温度下正火时得到珠光体和铁素体组织，而淬火和回火得到的是马氏体组织。

随着它们加热温度、保温时间和冷却速度等的改变，热处理后所得到的组织变化主要集中在组织粗细和组织类型两个方面，二者的改变是其性能改变的根本原因。

显微组织越细，材料的综合性能越好。

显微组织类型直接决定其综合力学性能，例如马氏体具有高的强度和硬度、相变塑性和形状记忆效应，而珠光体塑性韧性较好，强度较低等。

3４５钢的化学成分及临界温度４５钢的化学成分及临界温度工艺参数见表１。

4　４５钢的性质

４５钢的硬度较低，强度较高，塑性和韧性尚好，切削加工性能较好，除了用来做模具的模板、导柱外，还经常用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较

小的大型正火零件。

综合机械性能较好是４５钢的特性，４５钢是中碳钢，表面硬度低，不耐磨。

如果需要较高的表面硬度，可以对４５钢进行调质和表面淬火来使工件的表面硬度得到提高，对心部强度要求不高的表面淬火零件常见的有曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。

但在水淬时有形成裂纹的倾向，所以用来制作形状复杂的零件时应在热水或油中淬火

5　４５钢热处理工艺的制定

5.1.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。

正火在840一870℃的温度下进行,工艺曲线如图2所示。

由于在Ac3以上温度,是钢的重结晶过程,可以细化晶粒和组织,消除应力和降低硬度,提高切削加工性能,并得到一定的力学性能,可代替调质处理作为最后热处理,或为感应加热表面淬火前的预备热处理。

正火的保温时间按每毫米计算,但在实际生产条件下,往往是根据经验确定。

保温后出炉在空气中冷却正火后的硬度镇226HB

5.2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。

5.3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。

NaCI，NaZC马水溶液淬火,虽然变形大,裂纹倾向敏感,但仍是广泛使用的冷却介质,且需双液淬火,严格控制在水中的冷却时间,其方法是:

1：

小件冷却计算法,即工件有效厚度3一smm在水中冷却15,而后即刻转人油中继续冷却完成马氏体转变;

2大件听水声法,工件在水中沙沙声（约20℃）即将停止时转人油中冷却;»

3振动法,工件在水中传导给手感振动即将停止时转人油中冷却。

这些需要一定的实践经验和技巧,条件许可时选用二硝或三硝水溶液淬火。

对于要求精密的小工件,如齿轮、轴、曲轴、工夹具等,采用碱浴、硝盐浴120一2（X）℃的分级淬火。

45钢的马氏体转变温度（M,二340℃）较高,淬火后以组织应力为主,呈涨大变形,故对直径或厚度小于20mm的工件,应采取措施防止过大的变形和裂纹。

淬火最高表面硬度为58HRC。

在整体淬火时,由于工件的尺寸大小不同,不可能都达到同样高的硬度,随着尺寸的增加,硬度逐渐降低,如表3所示。

由表3可知,当工件直径或厚度超过80mm时,淬硬性和淬透性显著下降,便失去了淬火和调质的意义,此时,调质和正火基本上得到同等的力学性能。

5.4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。

5.5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。

另外,由于高频加热的尖角效应,易使感应电流集中于孔、棱角处,这些部位易过热而发生裂纹。

在工件技术要求许可的前提下,感应圈应同这些部位保持一定距离,一般至少smm以上;当技术要求不允许时,孔塞铜或铁棒,而边棱角处以铜板或铁板附贴。

当内孔或平面高频淬火时,由于环流效应,感应圈加导磁体

5.6回火

淬火工件经不同温度的回火,消除应力,达到所需的不同力学性能。

低温回火保温时间以小时计,一般不少于30min;中、高温电炉回火以每毫米2一3min计算,通常根据经验确定。

钢没有回火脆性,不同温度回火后可任意冷

却,但以空气冷却为多。

回火温度与硬度的关系如表5所示。

表5回火沮度与硬度的关系

常用调质回火温度550一620℃,回火后硬度200一280HB。

45钢回火后的性能与回火温度之间的数学表达式:

HRC=75.46一0.096t

=2263.8一2.65t

=11.39+0.066t

式中HRC—洛氏硬度数

—抗拉强度,MPa

—伸长率,（%）

t—回火温度,℃（t在200一700℃范围内）

应用上式,可对45钢的回火性能进行预测,方法简单且精确

钢在回火时的组织转变

a.马氏体分解（200℃以下）：

析出ε-Fe2.4C碳化物（亚稳定）

组织：

回火马氏体M’→过饱和α固溶体十亚稳定ε碳化物（极细的）

作用：

晶格畸变降低，淬火应力有所下降。

b.残余A分解（200-300℃）：

A→M’（或A→B下）

组织：

回火马氏体M’

c.回火屈氏体T’形成（250-400℃）：

ε→Fe3C;α→F－维持M’外形

组织：

回火屈氏体T’（F+Fe3C）

d.碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（>400℃）

组织：

回火索氏体S’—F（等轴晶）+Fe3C（粒）

645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。