亚温淬火工艺对45钢组织和性能的影响.docx
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亚温淬火工艺对45钢组织和性能的影响
亚温淬火工艺对45钢组织和性能的影响
摘要通过对45钢进行预备热处理+亚温淬火+回火处理，探讨亚温淬火前的预备热处理和亚温淬火温度对其组织和性能的影响。
结果表明，亚温淬火对钢性能的影响主要取决于残留铁素体的形态和数量。
淬火+高温回火作为预备热处理，亚温淬火后残留铁素体为细小的针状，可提高45钢性能;而退火作为预备热处理，亚温淬火后残留铁素体粗大不匀，使45钢性能降低。
随亚温淬火温度提高，残留铁素体的数量减少，钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
与传统的淬火工艺相比，合适的亚温淬火工艺可提高45钢的强韧性，从而获得良好的力学性能。
关键词45钢；亚温淬火；热处理工艺；淬火回火；金相组织
前言将具有平衡态或非平衡态原始组织的亚共析钢加热至铁素体与奥氏体共存的两相区，即临界区温度区间保温一定时间后，进行淬火称为亚温淬火，其比传统淬火温度低，目的是提高材料冲击韧度，降低冷脆转变温度和回火脆性倾向[1]。
45钢是含碳量为0.45%的优质碳素结构钢，是生产中最常用的材料之一，在齿轮、连接杆、蜗杆、叶轮、泵、活塞、曲轴等零件制造中广泛应用。
但45钢的淬透性较低，水淬时有开裂倾向，因此改善和提高45钢的性能，对提高零件质量和安全稳定性有重要的意义。
本文对45钢试样在不同温度下进行亚温淬火，通过试验获得45钢的力学性能数据，根据数据找出其规律性，同时通过显微组织观察，分析亚温淬火对材料力学性能影响的特点。
本实验的目的是为了获得能实际应用的比较好的处理工艺。
1试验方法
1.1试验材料
45号钢，分为
①拉伸样：
直径d=10mm标距l=100mm。
②硬度样：
10mm×15mm冲击样。
1.2试验过程
1.2.1热处理工艺
把这硬度试样和拉伸试样分成四组，讲两种试样的放入箱式电阻炉中，分别加热到770℃、790℃、800℃、840℃，加热保温30min后淬火（水淬）。
每组不同试样又在不同温度下（200℃、300℃、400℃、550℃）回火30min，30min后出炉空冷。
1.2.2组织观察与性能测试
组织观察有金相制备、观察。
显微镜型号（HXD-1000TMC）
力学性能测试：
⑴拉伸试验测强度，设备（CHT4605）
（2）硬度试验测其硬度，HR-150A洛氏硬度计
SX2-2.5-10箱式电阻炉
2结果与讨论
2.1亚温淬火及回火温度对45钢组织的影响
金相分析不同淬火温度下的情况：
（1）
（2）
（3）
（4）（5）
图1不同淬火温度下的金相组织
（1）未淬火
（2）770℃淬火（3）790℃淬火（4）800℃淬火（5）840℃淬火
结果及分析：
结果应该是随着淬火温度的升高，组织越来越细密，马氏体含量增加，
但实际情况却是770℃淬火组织比790℃更加细密，这或许与我们的淬火操作不规范导致的。
不同回火温度下的情况：
770℃淬火后回火
（1）
（2）
（3）（4）
图2不同回火温度下的金相组织
（1）200℃
（2）300℃（3）400℃（4）550℃
790℃淬火后回火
（1）
（2）
（3）（4）
图3不同回火温度下的金相组织
（1）200℃
（2）300℃（3）400℃（4）550℃
800℃淬火后回火
（1）
（2）
（3）（4）
图4不同回火温度下的金相组织
（1）200℃
（2）300℃（3）400℃（4）550℃
840℃淬火后回火
（1）
（2）
（3）（4）
图5不同回火温度下的金相组织
（1）200℃
（2）300℃（3）400℃（4）550℃
结果及分析：
随着回火温的增高（200℃-300℃-400℃-550℃）粗大的晶粒得到细化、晶粒的孤岛效应明显消除[2]，组织形貌有较大改变，45钢亚温淬火获得的马氏体基底上保留着少量弥散分布的铁素体。
随着回火温的增高，淬火组织经历了回火马氏体（低温回火）-回火屈氏体（中温回火）-回火索氏体（高温回火）的转变.[3]
2.2硬度
未淬火
类别
名称
硬度HRC
1
2
3
4
5
平均值
未淬火
1
40.3
41.0
42.0
41.0
40.0
40.86
2
42.0
43.5
43.2
43.0
42.5
42.84
结论：
未淬火的钢件在硬度上是相差不多的。
淬火770℃硬度
类别
名称
硬度HRC
1
2
3
4
5
平均值
未回火
1
80.5
79.5
80.0
80.0
81.5
80.3
2
81.5
79.8
81.5
79
82
80.7
回火200
1
77.5
77.5
79
80
77.5
78.3
2
78
78
77
80
79
78.4
回火300
1
78
78
78.3
78.5
77.9
78.14
2
75.0
74.2
74.5
73
73.9
74.12
回火400
1
71.5
67.5
65.5
68
69.0
68.5
2
63
62
66
64
64
63.8
回火550
1
55.0
55.1
56.0
56.0
57.0
55.82
2
52.5
54.5
53.0
53.0
55.5
53.7
淬火790℃硬度
类别
名称
硬度HRC
1
2
3
4
5
平均值
未回火
1
64.5
61
82.5
79
71.5
71.7
2
回火200
1
78.5
80
81
75.5
82
79.4
2
74
75.5
73.5
70.5
76.5
74
回火300
1
80
80
79.5
80
80
79.9
2
75
77
81.5
77
76
77.3
回火400
1
70.5
71.5
69.5
67
67.5
69.2
2
66.5
65.5
60.5
59
60
62.3
回火550
1
53
54
55.5
55
55.5
54.6
2
57
57.7
55
56.5
58
56.84
淬火800℃硬度
类别
名称
硬度HRC
1
2
3
4
5
平均值
未回火
1
77
78.5
80
79
81
79.1
2
回火200
1
55.5
50
55.5
53.5
58
54.5
2
59
54
59.5
57
62.5
58.4
回火300
1
58.5
62.5
62
58
60
60.2
2
64
56.5
61
55
57
58.7
回火400
1
69
70
71
69.5
70.5
70.0
2
72.5
74
73
74
74
73.5
回火550
1
51
55
50
53.5
55
52.9
2
54
56
57
57
57.9
56.38
淬火840℃硬度
类别
名称
硬度HRC
1
2
3
4
5
平均值
未回火
1
80.0
81.0
84.0
85.0
84.0
82.5
2
回火200
1
80.0
78.5
81.0
79.5
78.0
79.4
2
79.0
77.0
77.0
77.5
75.0
77.1
回火300
1
77.0
77.0
77.0
75.0
77.5
76.7
2
回火400
1
72.0
72.0
71.5
72.0
72.0
71.9
2
回火550
1
54.0
55.0
55.5
56.0
55.0
55.1
2
57.0
56.5
56.0
55.5
56.0
56.2
归总数据
类别
名称
硬度
淬火770
淬火790
淬火800
淬火840
未回火
80.5
71.7
79.1
82.5
回火200
78.35
76.7
56.45
78.25
回火300
76.13
78.6
59.45
76.7
回火400
66.15
65.75
71.75
71.9
回火550
54.76
55.72
54.64
55.65
结论：
对淬火态组织进行回火时，硬度变化的总趋势是随回火温度的升高，硬度降低，但这种变化的趋势并非是均匀的。
在400℃以下回火时，770℃亚温淬火钢的硬度下降较慢，790℃则呈上升趋势，其硬度值高于800℃常规淬火的钢;而在400℃以上回火时，所获得的结果相反。
造成这种现象的主要原因是亚温淬火组织中残留铁素体周围的马氏体含碳量相对较高，在低于400℃的回火组织中，从马氏体中分解析出的碳化物相对较多，回火组织α相中具有更为微细的亚晶粒以及保持细小的马氏体形态;此外，马氏体相变导致的被强化的铁素体相在低温回火时仍能保持一定的硬化效果。
而790℃比770℃淬火回火的硬度偏高则正是铁素体相被更有效地强化所致。
然而，回火温度高于400℃时，马氏体脱溶转变成铁素体发生了回复再结晶，与残留铁素体连为一体，使低温回火时的强化作用消失，以致高温回火时硬度下降较快;而在相同的高温回火温度下，800℃和840℃常规淬火组织中析出的碳化物的弥散度高，有效减缓了硬度的下降，前者比后者的硬度高应主要归因于更为细化的晶粒组织。
[4]
2.3强度
一组：
770℃淬火45钢的拉伸试验数据
1
2
3
4
770-未回火
475
570
522.5
770-回火200
1050
920
910
960
770-回火300
1050
1250
1240
1180
770-回火400
865
860
895
873.3333333
770-回火550
775
835
805
805
二组：
790℃淬火45钢的拉伸试验数据
1
2
3
最终取值
790淬火未回火
705
440
572.5
790淬火回火200
1420
990
515
990
790淬火回火300
780
1520
825
802.5
790淬火回火400
825
845
890
853.3
790淬火回火550
790
755
820
788.3
三组：
800℃淬火45钢的拉伸试验数据
1
2
3
平均值
800淬火未回火
770
610
690
800淬火回火200
920
900
1000
940
800淬火回火300
950
900
860
903.3
800淬火回火400
950
885
850
895
800淬火回火550
795
785
805
795
四组840℃淬火45钢的拉伸试验数据
类别
名称
抗拉强度（Mpa）
1
2
3
平均值
840未回火
365
365
840回火200
890
995
1110
998.3
840回火300
895
890
1010
931.7
850回火400
850
895
850
865.0
840回火550
810
815
780
801.7
数据汇总
类别
名称
拉伸强度
淬火770
淬火790
淬火800
淬火840
未回火
522.5
572.5
690
365
回火200
960
990
940
998.3
回火300
1180
802.5
903.3
931.7
回火400
873.3
853.3
895
865
回火550
805
788.3
795
801.7
分析结论:
理论上45钢经770～840℃淬火后拉伸强度的结果可知,随淬火温度提高,钢的拉伸强度增加。
随着回火温度升高（200℃-300℃-40℃-550℃），拉伸强度先升后降总体降低，但实际上有些出入，840℃的拉伸件在未回火的时候抗拉强度成了最小的，770℃的拉伸件在300℃回火的时候抗拉强度成了最大的，这与理论不符。
理论结果原因：
45钢经770～840℃淬火，组织中铁素体逐步减少,马氏体含量增加。
随着回火温的增高，淬火组织经历了回火马氏体（低温回火）-回火屈氏体（中温回火）-回火索氏体（高温回火）的转变，故拉伸强度先升后降总体降低。
3结论
（1）随着淬火温度的升高，组织越来越细密，马氏体含量增加
（2）经过亚温淬火以后，随着回火温度的升高，硬度降低。
（3）45钢经770～840℃淬火，组织中铁素体逐步减少,马氏体含量增加。
随着回火温的增高，淬火组织经历了回火马氏体（低温回火）-回火屈氏体（中温回火）-回火索氏体（高温回火）的转变，故拉伸强度先升后降总体降低.
参考文献：
[1]何树先，王俊，周尧和．高密度脉冲电流对A356铝合金低温熔体凝固组织的影响[J]．金属学报，2002，38（5）：
479-482．
[2]王传雅.钢的亚温处理[M].大连:
大连铁道学院出版社,1990.
[3]张光收亚温淬火工艺对45钢组织性能的影响[J]，2010，
[4]曹志芬，王会，张敏.回火温度与45钢亚温淬火强韧化的关系[J]，2012，37（10）104
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