论文-回火对45钢组织和性能的影响

1、回火对45钢组织和性能的影响 学校代码：115171 学 号：201150616137 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 毕业设计（论文） 题 目 回火对45钢组织和性能的影响 学生姓名 王盼盼 专业班级 机械设计制造及其自动化1121班 学 号 201150616137 系 （部） 机械工程学院 指导教师（职称） 陈丹（讲师） 完成时间 2013 年 6 月 5日 河南工程学院论文版权使用授权书本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫

2、描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名： 年 月 日 河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。

3、论文作者签名： 年 月 日河南工程学院毕业设计（论文）任务书题目 回火对45钢组织和性能的影响 专业 机械设计制造及其自动化 学号 201150616137 姓名 王盼盼 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：本课题通过利用回火工艺对45钢进行处理，采用金相观察以及对其进行硬度试验，找到合理的回火参数，了解回火对45钢组织和性能的影响，以便使45钢在未来的制造业中有更大的应用。基本要求：1、 认真阅读所查参考文献，了解国内外45钢的热处理发展现状；2、 认真学习钢的回火处理、金相实验和硬度试验及金相组织的观察；3、勤于思考，刻苦努力；4、认真总结分析结果，得出回火对45钢组织和性能的影

4、响规律。主要参考资料：1 王忠诚.钢铁热处理基础M.北京：化学工业出版社,2007.9：3-52 刘慧霞.金属工艺学M.北京：机械工业出版社,2006.1（2009.1重印）：22-273 颜银标.工程材料及热成型工艺M.北京：化学工艺出版社，2004.3：15-164 杨瑞成，郭铁明，陈奎等.工程材料M.北京：科学出版社，2012：45-475 高卫明.焊接工艺(第二版)M.北京：北京航空航天大学出版社，2011：169-1726 徐家文.材料基础实验教程M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2011.1：54-617 王建民.金属工艺学(第二版)M.北京：中国电力出版社，2009：20-218

5、 苏凯，余际星,徐建兵.新型汽车用高强度钢的应用现状与发展趋势阴J钢铁钒钛， 2006.12:27-309 王爱珍.工程材料及成形技术M.北京：机械工业出版社，2008：52-5310 陈国权.热轧钢热处理J.金属热处理期刊，1997年第5期：3-411 徐加文.材料基础实验教程M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2011.1：54-6112 王洪光.使用焊接工艺手册M.北京：化学工业出版社，2010：10-1113 游红，刘加才，黄光杰等.45#优质碳素结构钢的热变形行为研究D.重庆大学工程硕 士论文.2007.4：1-214 任颂赞，张静江,陈质如等钢铁金相图谱M上海科学技术文献出版社，20

6、03.6： 16-18 15 胡淑娥，孙卫华，冯勇等.高强度结构钢直接淬火回火工艺试验研究D，2010年6月 第 32卷第3期：45-4616 罗大金主编.材料工程基础M.北京：化学工业出版社，2007.7：54-5717 Tasi,H.and Bogy,D.B,Characterization of Diamond-like Carbon Films and Overcoat Thin-Film for Magnetic Recording,J.Vac>Sci.Technol.A,Vol.5(1987),pp：3287-3312 完 成 期 限：2012年12月15日至2013年6月1

7、2日指导教师签名： 专业负责人签名： 2012年12月15日目 录中文摘要IABSTRACTII绪论11 45钢的简介31.1 优质碳素结构钢的简介31.2 45的性能及应用32 45钢的热处理42.1 热处理的定义及分类42.2 铁碳相图的应用52.3 热处理过程中常见的缺陷以及预防措施62.3.1 变形和开裂 62.3.2 过热和过烧62.3.3 硬度不足和软点72.3.4 氧化和脱碳72.4 钢在加热、冷却过程中的组织转变82.4.1 钢加热时内部组织的转变82.4.2 钢冷却时内部组织的转变92.5 45钢的淬火处理102.5.1 淬火的简介102.5.2 45钢淬火参数的选择112.

8、6 淬火45钢的回火132.6.2 回火的简介132.6.3 45钢回火参数的选择153 45钢回火后组织的观察及分析163.1 金相试样的制备及观察163.2 45钢回火组织的金相分析183.2.1 金相显微镜的简介183.2.2 保温时间对45钢金相组织的影响203.2.3 回火温度对45钢金相组织的影响244 回火45钢的力学性能试验及分析244.1 硬度试验的简介254.2 回火45钢的洛氏试验及分析264.3强度估算的简介30 4.4 回火45钢的强度估算. 305 回火45钢的热疲劳试验及结果分析31结论34致谢35参考文献36回火对45钢组织和性能的影响摘 要优质碳素结构钢中的硫

9、、磷的含量低于0.035%，主要用来制造较为重要的机件。钢中珠光体含量比较多，淬火后的硬度可明显增加。不同的回火参数会对45钢的组织和性能产生不同的影响。本文研究了回火温度和时间对45钢组织和力学性能的影响。结果表明：45钢在600以下，随着加热温度的提高，钢的塑性和韧度有所提高，硬度有所下降。在200时硬度较高，在400到500时韧性和塑性比较高。当温度处于550到600时综合力学性能较好。400回火和550回火时，其脆性较大，抗冲击疲劳能力较低，所以在对45钢进行回火处理时应注意。回火温度不同其内部组织也不同，其抗热疲劳的能力也不同随之变化。关键词 回火温度/组织/性能/金相观察IThe

10、Influence Of Tempering On The Microstructure And Mechanical Properties Of 45 SteelABSTRACTHigh quality carbon structural steel of phosphorus and sulfur content below 0.035%, mainly used to make an important part.Commonly used in engineering for the production of prestressed concrete with steel wire,

11、 steel strand and anchorage, and important structure of the high strength bolt, steel castings and so on,its application is very extensive.Pearlite's content in steel is more, after quenching its hardness can be significantly increased. Different tempering parameter of 45 steel has different imp

12、act on organization and performance.This paper studies the tempering temperature and time on the microstructure and mechanical properties of 45 steel.Results show that the 45 steel under 600 , with the improvement of heating temperature, improve the plasticity and toughness of steel, hardness decrea

13、sed. In 200 when the hardness is higher, at 400 to 500 higher toughness and plasticity.When the temperature is 550 to 600 it has good comprehensive mechanical properties. Tempered at 400 and 550 tempering, the brittleness, the impact toughness value is low, so the tempering process on the 45 steel s

14、hould pay attention to.Tempering temperature of different internal organization is different, its thermal fatigue are also different changes.KEYWORDS tempering temperature，organization，performance，metallographic observationII绪论随着世界经济的发展以及贸易的增长，汽车、摩托车等的需求量不断飚升，汽车工业成了国民经济的支柱性产业之一，而汽车生产的重要问题就是材料的合理选择以及

15、汽车用材的节约1。到了21世纪，汽车用钢要求高强度、质量稳定、工艺性能好以及轻型化和资源丰富。与机床用材相比，汽车用材的工作环境非常差，受力比较大，并且应力的种类复杂。此外经常受到较大的冲击和过载。据国内外的一项统计可知，钢材在汽车用材中的比重较大，占其自身重量的55%70%，而铸铁只占10%15%，剩下的部分为铝等有色金属以及塑料等非金属材料。45钢广泛用于汽车的结构件制造，其产品的技术含量相对比较高，附加值也随之越高。生产优质碳素结构钢以及合金圆钢，可以促进公司的工装技术、设备和管理水平的提高，能为公司带来非常可观的经济效益。所以，国内的各钢铁企业生产的重点纷纷指向了汽车用钢，力争扩大汽车

16、用钢的产量。我国每年消耗的汽车用钢材大概1000万吨。45钢一般都不是在出厂状态下使用的，45钢必须要经过不同的热处理工艺才能满足不同的使用场合对45钢性能的要求。例如制造汽车用的很多零件很多要经过热处理来增加其疲劳强度、强韧性以及耐磨性等（轴类零件进行调质处理或者调质处理后进行表面淬火处理等）。将钢件奥氏体化即加热到Ac1（或Ac3）以上3050后，进行一段时间的保温，保温后以大于临界冷却速度的速度进行冷却，以便获得下贝氏体或者马氏体组织的热处理工艺，被称为淬火。淬火处理后获得的马氏体是强化钢材时采用的最重要的组织。钢淬火后的组织为淬火马氏体，硬度高，脆性大以及尺寸不稳定，有很大的内应力，很

17、容易开裂，无法正常使用，所以要经过回火处理以获得要求的硬度、组织和性能等是很有必要的。回火是将淬火钢加热到Ac1以下某一温度，保温一段时间然后冷却到室温，使不稳定组织转变为较稳定组织的热处理工艺。经过淬火、回火后的45钢能满足不同的使用场合对45钢性能的要求。其中低温回火的组织为回火马氏体，其硬度和强度很高，能用于制造高硬度的刃具、量具、高强度钢、碳氮共渗件等；中温回火的回火组织为回火托氏体，大多用于机械零件、弹簧、各种标准件以及某些热锻模具的回火处理工艺；高温回火后其组织为回火索氏体，组织细密并且均匀，硬度、强度较低且塑性和韧性较高，即获得的综合力学性能达到较高强度和韧性的良好配合。受冲击以

18、及在交变载荷下工作的零件可以采用此回火工艺，可用于制造各种重要的结构件，例如广泛用于汽车、拖拉机、机床等结构上的零件，如半轴、主轴、连杆以及凸轮轴等轴类零件和各种齿轮等。此外也可为工件表面淬火、渗氮和碳氮共渗等预备热处理工艺作组织上的准备。45钢经过淬火后回火，其性能可以得到很大的改善。但选择45钢的热处理参数是一个难题。在选择热处理参数的同时要注意避开45钢的回火脆化温度。经过回火处理后要结合金相显微组织观察和硬度试验以及热疲劳实验等来研究45钢在不同的回火参数下其组织和性能的转变。本文就不同的回火参数对45钢的组织和性能的影响进行研究，以找到合理的回火的参数满足不同的使用要求。21 45钢

19、的简介1.1 优质碳素结构钢的简介凡是用于各种工程结构件（如车辆构件、桥梁、井架、屋架等）和各种机器零件（如常用的齿轮、主轴等）的钢统称为结构钢。碳素结构钢，英文名：carbon structural steel，碳素钢的一种。含碳量约0.05%0.70%，个别可高达0.90%。可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢两类。碳素结构钢中磷、硫的质量分数比较高（P0.045，S0.055），只有一小部分用于制造机械零件，其大部分用于工程结构件中。碳素结构钢通常以型材（各种型钢、钢板或者钢棒）在供应状态（热轧、空冷或者控制轧制状态）下使用，只有在必要时才进行焊接或者锻造等热处理，其力学性能也可以通过热

20、处理进行调整2。优质碳素结构钢中磷、硫的含量低于普通碳素结构钢，s、p0.035%。广泛用于重要机械零件和弹簧。较典型的牌号是40、45等，牌号中的两位数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示3。碳的质量分数和热处理状态决定了优质碳素结构钢的力学性能。碳的质量分数越低，其韧性和塑性越高，但其硬度和强度则越低；反之，含碳量越高，韧性、塑性越低，硬度、强度越高。合金中锰的质量分数也对其性能有较大影响，锰的含量越高，优质碳素结构钢的强度和硬度越高。其性能、用途与相同含碳量，但锰含量低的钢基本上相同，但其有较好的淬透性，较高含锰量的优质碳素结构钢可制作截面尺寸稍大或强度要求略高的零件。牌号为3050的钢

21、属于中碳钢，其强度、硬度较高，塑性和韧性较好，通常要经过淬火和高温回火等热处理工序，其综合力学性能良好，因高温回火又被称为调质处理，所以被称为调质钢。除了用于建筑材料，还用于制造轴、齿轮、连杆等机械零件4。401.2 45钢的性能及应用45是优质碳素结构钢中中碳钢的典型牌号,化学成分如表1-1所示。45钢的综合力学性能和切削加工性良好，在工程中一般用于生产钢丝、钢绞线、锚具，以及高强度螺栓、重要结构的钢铸件等。表1-1 45钢的化学成分(质量分数)%（摘自GB 69988、GB 307788）3 C Si Mn Cr Ni 0.420.50 0.170.37 0.500.80 其抗拉强度 b

22、(MPa)：600;屈服强度 s (MPa)：335;伸长率 5/（%）：19;断面收缩率 /（%）：45;冲击吸收功（Aku2/J）：47。推荐热处理温度为: 淬火840，水冷，回火600，水冷或油冷3。45钢中珠光体含量多，淬火后的硬度可显著增加。冷变形能力中等，焊接性差，淬透性低，易水淬裂纹，多在调质或正火态使用，可用于制造承受较大应力件4，适于制造机床中形状较简单、中等强度、韧性的零件，如轴、齿轮、曲轴、螺栓、螺母等。2 45钢的热处理2.1 热处理的定义及分类 将固态金属或者合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过程被称为钢的热处理。尽管钢

23、的热处理种类很多，但其过程都是由加热、保温、冷却三个阶段组成的，可用热处理工艺曲线来表示。如图2-1所示。 图2-1 常用热处理工艺曲线示意图 根据加热和冷却方法不同，钢的常用热处理分类如下：1. 整体热处理 退火、正火、淬火、回火等，又被称为热处理的“四把火”；2. 表面热处理 表面淬火（只对工件表层部分进行淬火的工艺，常采用火 焰加热和感应加热两种淬火方法）；3. 化学热处理 渗碳、碳氮共渗、渗氮等。 不同的热处理是为了获得不同的组织，以满足不同的使用需求。2.2 铁碳相图的应用分析钢铁材料的平衡组织、制定钢材的各种热加工工艺的基础性依据是铁碳相图，铁碳相图在生产实践中具有十分重要现实意义

24、5。为了更好的对45钢进行热处理，熟知铁碳相图是必须且很有必要的。铁碳相图如图2-2所示。 图2-2 简化Fe-Fe3C相图21. 作为选择钢材的重要依据 铁碳相图中表达了不同钢铁材料的成分、组织的变化规律，依此可判断出材料的力学性能的变化特点，从而为选材提供可靠依据。比如要求塑性、韧性和焊接性能良好的材料，则选用低碳钢。2. 作为制订各种热加工工艺的主要依据 在锻造处理时，依据相图可确定钢的锻造温度范围。通常把钢加热到奥氏体单相区，因为在其区域内钢的塑性好、变形抗力小并且易于成形。在焊接工艺时，受到不同程度的加热和冷却的焊缝及周围热影响区等，可依据相图研究其组织和性能发生变化的规律。做热处理

25、工艺时，各种热处理工艺的加热温度的制订是依据铁碳相图。如退火、正火、淬火、回火的加热温度都是参考Fe-Fe3C相图加以选择。此外，在进行铸造生产时，首先应依据相图确定适当的浇注温度，其次从相图中还可以看出共晶成分的Fe-C合金与纯铁的凝固温度的区间可最小达到零，表明它们的流动性较好，其内部的缩孔较少，可以让缩孔留在冒口内部，获得致密铸件的可能性较高。所以共晶成分的铸铁在铸造生产中获得了很广泛的应用。由此可以看出铁碳相图在铸造生产中有着举足轻重的地位。2.3 热处理过程中常见的缺陷以及预防措施2.3.1 变形和开裂热处理过程中最常见的缺陷就是变形和开裂。而在热处理过程中工件产生的内应力是造成变形

26、和开裂的最根本原因。由于在加热和冷却过程中，工件内部和表面的膨胀和收缩率不同，导致了工件内组织的相互作用，产生热应力。热应力随着加热和冷却的速度变化而变化。因为工件内部各部分的受热和冷却不同时，以及其热胀冷缩率不同，工件内部组织转变成不同的组织以及转变不同时，导致工件内部产生了组织应力。当奥氏体转变为马氏体时，组织应力的作用很显著。 对于可以修复的变形，可在工件冷透前矫正，也可以采取正火后矫正完成后重新进行加热淬火。对于变形严重，产生裂纹的工件，就报废了。在热处理过程中可在淬火时在马氏体转变时采用缓慢冷却的方式。此外，还可以在设计零件时尽量使形状对称，留有足够的磨削余量以及避免尖角设计等。2.

27、3.2 过热和过烧过热是有加热温度过高或者保温时间过长引起的晶粒明显粗化的现象。过烧现象是由于加热温度相对于钢的正常加热温度超出太多，导致了在晶界附近出现了氧化和熔化引起的。过热现象会影响工件淬火后的组织，使工件淬火后得到粗针马氏体，从而引起工件脆性的增加以及疲劳强度的下降。对于碳素结构钢和合金结构钢，如果过热现象不严重，一般可以采用再做一次正火或者退火的方法重新加热再进行淬火。通过多次退火和正火，以及淬火可以修复过热不太严重的高碳钢及合金结构钢。过烧现象对钢的组织造成的缺陷是无法挽救的，过烧会导致工件的组织晶粒非常粗大，其力学性能也急剧下降。所以过烧现象在实际生产中应务必避免。2.3.3 硬

28、度不足和软点在热处理过程中有很多因素都可能导致硬度不足，例如在淬火过程中，淬火的加热温度过低或者保温的时间不够，以及淬火冷却过程中冷却速度不高等都可以引起硬度的不足。在回火时回火温度过高，以及脱碳现象等也会产生硬度不足。软点是工件表面由于淬火时冷却方式选择的不合适以及工件在冷却剂内的运动不足，或者局部脱碳等因素造成的很多没有被淬硬的小区域。由硬度不足和软点产生的原因可以看出，选择一个合适的淬火剂以及合理的热处理工艺可以有效的避免这些现象。经过正火和重新加热淬火可以改善普通的碳素结构钢和合金结构钢的硬度不足，而对于合金工具钢最好的方法是退火，然后再进行一次淬火。2.3.4 氧化和脱碳氧化是指钢在

29、加热过程中，钢的表层中所含的铁、碳与加热炉内空气中的氧气、CO2、水蒸气等发生反应，生成铁和碳的氧化物的过程。氧化影响着工件淬火的质量，零件的表面光洁度、尺寸精度会降低。脱碳是在氧化的同时，工件表面的碳从工件内部逸出，工件表面的含碳量降低的现象。由于工件表面的碳含量下降，工件表面的硬度和耐磨性会降低。脱碳现象的出现会大大降低工件的疲劳强度，严重时甚至会导致工件报废。为了保证热处理的作用，可采用以下措施来防止氧化和脱碳： （1）不让工件与炉内的空气接触，加热时隔绝工件； （2）在炉内通入保护性气体（如氨、氮、煤气等），使炉内保持中性气氛。 （3）精度要求较高的精密零件和高级合金可考虑采用真空加热

30、即无氧化加热。 （4）在工件表面涂石墨粉、耐火粘土、玻璃粉、硼砂等防氧化的涂料。2.4 钢在加热、冷却过程中的组织转变钢在加热、冷却过程中的组织转变的相变规律是以铁碳相图为基础的。其中相图中的临界点A1、A3、Acm是在以极缓慢的速度加热、冷却的情况下测量的。但实际情况却无法达到理想情况，其加热和冷却速度都达不到要求的极缓慢，所以钢的相变不是在临界点发生的。加热转变发生在平衡临界点之上，而冷却转变则发生在平衡临界点之下7。实际生产中，加热和冷却温度的升高和降低与加热、冷却的速度有关，且随着速度的增加而增加。在实际中，通常把加热温度表示为Ac1、Ac3、Accm，冷却时则为Ar1、Ar3、Arc

31、m。如图2-3所示。 图2-3 钢加热和冷却时各临界点的实际位置2.4.1 钢加热时内部组织的转变钢在加热过程中，当温度高于Ac1时，发生了珠光体向奥氏体的转变。随着温度的升高，当温度高于Ac3、Accm时，则会全部转化为奥氏体。热处理的主要目的就是为了使钢转变为奥氏体，所以钢加热的过程被称为钢的奥氏体化。钢在加热过程中发生的变化可以划分为两个部分，即钢的奥氏体化和奥氏体晶粒的成长以及控制。1. 钢的奥氏体化 温度加热到Ac1以上时，在室温下组织为单一珠光体的共析钢因为渗碳体的溶解以及Fe原子晶格的改变，逐渐转变为奥氏体。碳原子在保温过程中的扩散促使奥氏体均匀化，直至最后全部转化为奥氏体，这种

32、加热被称为完全奥氏体化。共析钢中P向A转化可分为以下四个阶段：1 A形核；2 A长大；3 残余Fe3-C溶解；4 A均匀化。2. 奥氏体晶粒的成长以及控制影响冷却时组织的转变及组织转变产物性能的重要因素是奥氏体晶粒的大小。P开始转变为A时，晶核较多，所以形成的A晶粒比较细小。但随着温度的升高以及保温时间的延长，A晶粒就会随之长大。其晶粒越粗大，冷却后转变成的产物越粗大，直接影响冷却后钢的力学性能。其中钢材冲击韧度的降低最明显。热处理过程中需要严格控制的一个问题就是A的晶粒大小，评定加热质量的一个指标就是A的晶粒大小。在生产实际中控制A的晶粒大小的措施有以下几个：选用含有合金的钢种；选择合理的加

33、热温度和保温时间；热处理工艺采用快速加热或者循环加热的方式。2.4.2 钢冷却时内部组织的转变冷却转变温度决定了冷却后转变物的组织和性能，冷却是热处理工艺中一个很关键的工序。等温冷却如等温淬火、连续冷却（如炉冷、空冷或者水冷等）是实际生产中常采用的冷却方式。与共析碳钢的A等温转变曲线相比，亚共析钢、过共析钢过冷A的等温转变曲线，亚共析钢的C曲线多出了一条铁素体的析出线。而过共析钢的C曲线却多出了一条二次渗碳体的析出线。如图2-4所示。 图2-4 45钢等温冷却的C曲线一般情况下，亚共析碳钢的C曲线因为碳含量的增加而向右移动，而过共析碳钢却与之相反。由此可以看出，共析碳钢的过冷奥氏体组织是最稳定

34、的。在连续冷却时，亚共析碳钢的C曲线除了比共析碳钢多出了一条先共析F析出线外，还多出了贝氏体的转变区域。连续冷却对于亚共析碳钢来说可以产生更多的组织。2.5 45钢的淬火处理2.5.1 淬火的简介将钢件奥氏体化即加热到Ac1（或Ac3）以上3050后，进行一段时间的保温，保温后以大于临界冷却速度的速度进行冷却，以便获得下贝氏体或者马氏体组织的热处理工艺，被称为淬火6。钢进行淬火处理的目的主要是为了获得马氏体，马氏体是由过冷奥氏体快速冷却至Ms以下时的产物。奥氏体的晶体结构是面心立方，当过冷到Ms以下时其晶体结构由面心立方转变成体心立方。因为转变温度很低，溶解在原奥氏体中的过多碳原子缺乏能力进行

35、扩散，导致碳原子几乎不能析出，致使晶格畸变的产生。并且碳含量越高，畸变就越严重，相应的内应力也就越大。溶于-Fe中的间隙固溶体和过于饱和的碳就是马氏体7。马氏体中的碳含量决定了马氏体的硬度和强度，当c在0.2%0.6%范围内时，低温转变为板条状和针片状马氏体混合的组织。针片状马氏体的含量随着碳含量的增加而增加，但板条状马氏体却随着碳含量的增加而减少。淬火处理后获得的马氏体是强化钢材时采用的最重要的组织，马氏体可以提高钢的耐磨性和硬度。2.5.2 45钢淬火参数的选择45钢属于亚共析钢，亚共析钢淬火时要求必须加热到Ac3以上，进行完全淬火。1) 淬火温度的选择。淬火时加热的温度是依据钢的相变临界

36、点选择的。一般的原则是：共析钢、过共析钢选Ac1+（3050），而亚共析钢选这Ac3+（3050）。此外，还应考虑工件的原始组织、性能、要求、形状和尺寸等。根据要求及45钢淬火的推荐温度，选择的45钢的淬火温度为840。在淬火加热时采用的是箱式电阻炉，在使用电阻炉进行加热时要按操作规程进行，其操作规程如下：首先要把试样放到加热炉内，关闭好炉门。其次把电源开关打开，电流表的指针向右偏。最后要把温度控制仪上的温度调到所需的加热温度。此时温度控制仪上的绿灯亮了，表示已经开始加热了。等温度加热到所需的温度时，温度控制仪上的红灯亮，与此同时，电流表的指针归零，表明此时已经停止加热。此时，可以开始计时，直

37、到保温时间到了，关闭电源，完成加热保温过程。在保温过程中，温度控制仪上的红绿灯交替进行工作，保证炉内使恒温的状态。在使用电阻炉时为了保证自身安全和正确使用电阻炉达到热处理效果，有一些注意事项必须要引起重视，注意事项有以下几条：1、 如果电阻炉好长时间没用或者是新的电阻炉第一次使用时，第一步要进行烘炉。即从室温加热到200，然后把炉门打开4个小时；接着从200加热到400，再把炉门关闭2个小时；接着再从400加热到600炉门关闭2个小时。 2、 在使用时，不得加热高于电阻炉允许的最高温度，以免炉内的电热元件被烧坏。不能为了快速冷却电阻炉而向炉内注入液体，或者某些易溶解的金属。3、 热电偶不能在高

38、温时被突然拔出，以免造成外套管的炸裂。4、 电阻炉以及温度控制仪所处的环境的相对湿度不得超高85%，并且没有爆炸性和腐性气体以及导电尘埃等。5、 温度控制仪工作时的环境温度范围应在5-50。6、 炉内要保持清洁，在不使用时要及时的清除氧化物等类的东西。7、 实验结束时要记得切断电源。 2）保温时间。为了使奥氏体充分的转变以及分布均匀化，并且使钢件淬透，所以淬火后要保温一段时间。保温时间的确定主要考虑钢件的成分、零件尺寸和加热介质等因素，其计算公式如下： （2-1） 其中，加热系数； K 装炉系数； D有效尺寸，mm。根据热处理手册及试样的尺寸，最终确定45钢的淬火保温时间为30min。3） 冷

39、却介质。工件淬火时的冷却速度是由淬火介质本身的冷却能力决定的。在确保获得马氏体组织的前提下，为了减小淬火产生的内应力，避免工件淬火后产生变形或出现裂纹，应根据实际情况选择冷却能力弱的淬火冷却介质。最常用且最常见的冷却介质是水，水的冷却能力很强。水淬容易引起变形和裂纹，但水可以让工件很容易获得马氏体组织，所以在很多没有特殊要求，考虑经济性的情况下，一般选择水淬。以植物油和矿物油为代表的油类淬火剂在进行淬火时也很常用。油类淬火剂的冷却能力不及水，所以在加热温度相同，保温时间一致的情况下，油淬能有效的防止工件变形和裂纹的产生，工件的淬火应力也相应的减小了。根据实验室的具体情况，参考热处理手册，确定本

40、课题的45钢淬火冷却介质用水。综上所述，45钢的淬火参数选定为：淬火温度840，保温时间30min，冷却介质为水。2.6 淬火45钢的回火2.6.1回火的简介将淬火钢加热到Ac1以下某一温度，保温一段时间然后冷却到室温，使不稳定组织转变为较稳定组织的热处理工艺称为钢的回火。钢淬火后的组织为淬火马氏体，硬度高，脆性大以及尺寸不稳定，有很大的内应力，很容易开裂，无法正常使用，所以要经过回火处理以获得要求的硬度、组织和性能等是很有必要的8。为了满足生产需要及要求，在选择回火处理参数时熟知回火过程中组织和性能的变化是很有必要的。下面就简单介绍一下回火过程中组织和性能变化的四个阶段。第一阶段：温度范围从

41、室温到250。在这个温度范围内马氏体的分解开始了。马氏体中存在的过饱和的碳原子开始析出，形成FexC碳化物。这一分解过程的最终组织为回火马氏体。第二阶段：温度范围从230280。在此范围内在马氏体分解的同时残余A也开始分解。正因为马氏体的分解，使残余A的压力降低了。促使残余A转变为过饱和的固溶体及碳化物。在第二阶段完成时的组织也被称为回火马氏体。第三阶段：温度范围从260360。在这个阶段马氏体的分解完成了，并且形成了渗碳体。过饱和的固溶体因为碳原子的析出转变为F，同时在第一阶段和第二阶段形成的FexC也发生了转变，转变成了粒状的稳定的渗碳体。第三阶段完成时的组织为F和非常细小的渗碳体的混合物

42、，称为回火托氏体。第四阶段：温度是400以上。渗碳体在此温度范围内开始聚集长大，并且固溶体也开始了恢复和再结晶。Fe3C的微小的细条状组织在温度高于400时开始转变为细小的粒状组织。当温度高于600时，F的针片状组织渐渐消失，转变为等轴的晶粒，发生再结晶。钢在淬火时产生的内应力在此时完全消失，随之钢的硬度就下降了，韧性就有所上升。这时钢的组织为回火索氏体，回火索氏体是等轴F与分布均匀的粒状的渗碳体9。综上可知，在不同的温度范围内淬火钢回火的组织是在不断转变的，但又存在交叉和重叠（几种不同的变化可能在同一温度范围内进行）。淬火钢回火时性能的变化是由组织变化引起的：温度越高，硬度和强度越低，而塑性

43、和韧性越高。决定钢的组织和性能的关键工序是热处理的最后一道工序即回火处理，回火处理对工件内部质量有很大的影响，根据对工件使用要求和性能不同，按加热温度高低将回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种。回火后通常为空冷。低温回火回火温度在150250，回火后使淬火马氏体变为回火马氏体，既提高了塑性和韧性，又保证了工件的高硬度，同时还降低了淬火时产生的热应力和组织应力。采用回火工艺的钢材可以用于制造高硬度的刃具、量具、冷便形模具、表面淬火件、滚动轴承、高强度钢、渗碳件、碳氮共渗件等10。中温回火回火温度在350500，目的是获得较高弹性和足够的硬度，同时保持有一定的韧性。回火后的组织为回火屈氏体，硬

44、度可达到3545HRC。中温回火大多用于机械零件、弹簧、各种标准件以及某些热锻模具的回火处理工艺。 高温回火回火温度在500650，高温回火也被称为调质处理，回火后的组织为回火索氏体，其组织细密并且均匀，硬度、强度较低且塑性和韧性较高，即获得的综合力学性能达到较高强度和韧性的良好配合17。受冲击以及在交变载荷下工作的零件可以采用此回火工艺，可用于制造各种重要的结构件，例如广泛用于汽车、拖拉机、机床等结构上的零件，如半轴、曲轴、主轴、连杆、螺栓以及凸轮轴等轴类零件和各种齿轮等。此外也可为工件表面淬火、渗氮和碳氮共渗等预备热处理工艺作组织上的准备。回火的目的可以概括为以下几条：1. 减少或消除零件

45、的淬火内应力(热应力和组织应力)；2. 适当降低硬度，同时提高钢的塑性以及韧性，获得良好的综合力学性能；3. 稳定工件的组织，使零件的尺寸在长期使用过程中不发生组织变化并和保持精度；4. 改善工件的加工性能，避免磨削加工时发生开裂现象18。2.6.2 45钢回火参数的选择 45钢回火过程中用到的主要器材有箱式电阻加热炉、控温仪表等。1. 回火温度的选择通过查阅热处理手册及材料基础实验教程，选择了一下五个时间来研究温度对45钢的影响：200、400、500、550、600。在进行回火加热时同样采用的是电阻加热炉。其操作方法和注意事项与淬火处理时相同。 2. 保温时间的选择 根据公式2-2 (2-

46、2) 其中：d加热系数。其值根据炉型而定，盐浴炉d=0.50.8min/mm；井式回火炉d=1.01.5min/mm；箱式电炉d=22.5min/mm。D工件有效厚度；b附加时间。一般为1020min。试样加热时采用的是箱式电阻炉，所以加热系数d取22.5min/mm；试样的有效厚度D=10mm。代入公式2-2，如下所示：min30min是本课题试样最短的回火保温时间。为了研究保温时间对45钢回火处理后组织和性能的影响，取t=90min来反映时间的影响。3. 根据查阅资料，45钢回火保温后在无特殊要求的情况下都选择保温后出炉空冷。根据加热温度和保温时间的不同，把试样分类列于表2-1。表2-1

47、45钢的回火的参数及试样的编号试样加热温度保温时间1（原始组织）-220030min320090min440030min540090min650030min750090min855030min955090min1060030min1160090min3 45钢回火后组织的观察及分析3.1 金相试样的制备及观察金属材料的显微组织直接影响到机械零件的性能和使用寿命，金相分析是控制机械零件内在质量的重要手段13。金相检验是检查材料的微观组织结构的一种方法。不同的材料及状态,其金相组织不同,性能也不同.金相检验是热处理的“眼睛”，是检验热处理后材料组织的有效方式。45钢回火保温后，在空气中冷却至室温，

48、就要对其内部组织进行观察。在金相试样制备的过程中用到的主要仪器与材料有： 1) 45钢原始试样、45钢回火试样； 2）试样切割机、砂轮机、抛光机、吹风机光学金相显微镜等； 3）4%的硝酸酒精溶液、酒精、脱脂棉花、硝酸等。金相组织检验过程如下： 1. 取样。按要求用手锯或者锯床切割的试样。一般要求试样的尺寸不能太大，以便于握持和磨制为益。此道工作已在45钢进行热处理前完成。试样被切成了厚约10mm，半径约为15mm的90°扇形。2. 断面磨平。将断面边缘用细纹锉刀锉,断面不平处用砂轮机磨平，同时把试样的磨面上的尖角倒成圆角。在用锉刀锉时，不要用力太大，以防在试样表面造成很深的划痕，不便

49、于后续工作的进行。3. 磨样。试样的磨制分为两道工序即粗磨和精磨。粗磨可以使试样表面有一个比较平整的表面。粗磨后试样的表面虽然很平整，但仍有较深的划痕。而精磨就是为了消除粗磨时的划痕同时得到一个光滑的磨面，为下一步的抛光做准备。精磨时选用金相砂纸的粒度号有60、160、280、400、600、800、1000、1200，粒度号由小到大即由粗到细进行磨制。在磨制试样时要注意砂纸要铺在像玻璃板一样的平面上,要随时保证砂纸上没有太大的颗粒，以免划伤磨面，同时要求手持试样不可来回磨制要沿着单一的一个方向向前推磨，用力要均匀，不宜过重，且随着砂纸粒度号的增大而用力减小。每换一号砂纸试样磨面需转90

50、76;，与上一道的旧划痕相互垂直，每换一次砂纸试样磨面上的划痕须均匀一致，且要盖住上一道砂纸的划痕。最后要进行到将擦伤性划痕完全去掉为止。 4. 抛光。为了获得一个光滑的镜面，消除精磨时磨面上留下的变形层以及非常细小的划痕，在精磨后对试样磨面进行抛光处理。常用的抛光方法有化学抛光、电解抛光以及机械抛光，其中最常用的是机械抛光。机械抛光就是用专门的抛光机上进行抛光。抛光机有电动机和抛光用的圆盘组成。工作时电动机启动带动抛光盘一块旋转，抛光盘的转速可达到200600r/min。抛光时要不断的往抛光盘上滴抛光液。抛光盘上可以装细帆布、丝绸以及呢绒等抛光布。抛光时使用三氧化二铝或者氧化镁的悬浮液辅助抛

51、光。 抛光时，试样磨面应轻压在抛光盘上，不要用力太大，注意不要让试样飞起,抛光直到试样上没有小毛刺成为光滑的镜面为止。试样抛光完成后用清水冲洗干净，并用酒精冲去水滴，再用吹风机吹干，为下一步的腐蚀做准备。5. 腐蚀。通过查阅资料可知45钢的回火组织可以用4%的硝酸酒精溶液腐蚀。在配制硝酸酒精溶液时应注意安全。要把硝酸滴到酒精里，防止溶液飞溅伤人。配好溶液后要洗手，以免有硝酸渐到皮肤上。腐蚀液组成、腐蚀时间和适用范围见表3-1。表3-1 腐蚀液的组成及腐蚀时间名称硝酸酒精溶液组成硝酸4ml,酒精96ml时间数秒1分钟适用范围碳素钢，铸铁等一般的组织6.干燥。腐蚀后再清洗一遍，用风筒吹干放入干燥器

52、使之干燥。7.检查。用光学金相显微镜检查内部组织。使用不同倍率的透镜进行观察,结果记入记录表中。3.2 45钢回火组织的金相分析3.2.1 金相显微镜的简介金相显微镜是金属工艺学中研究金属金相组织的重要设备，也是工业部门用来鉴定产品的质量的关键仪器，主要用来鉴定、分析金属的内部组织。并且由于金相显微镜易于操作、价格相对低廉等因素，所以直到现在依然是金属内部组织常规检验或者研究工作中的应用最广泛的仪器。在本次课题中用金相组织检测软件拍摄试样的组织并分析其内部的组织，及其所占的比例。金相显微镜配有摄像的装置，可以拍摄金相图谱，并可利用软件对图谱进行量化分析，并对图象编辑、存储、输出以及管理等功能。

53、4XC型金相显微镜的架构图如图3-1所示。标准配置有10X的目镜2个，物镜分别是10X、25X、40X、100X各一个。机械筒的长度为160mm，并且带有限位和调节松紧装置的同轴粗、微动调焦系统，微动格值为0.002mm。 图3-1 4XC型金相显微镜的架构图1目镜 2双目头 3压片簧 4方型载物台 5物镜 6视场光栏调节手柄 7滤色片 8孔径光栏调节手柄 9灯箱 10灯座固紧螺钉 11灯泡调节手柄 12聚光镜调节手柄 13视场光栏调节螺钉14横向移动手柄 15纵向移动手柄 16微动调焦手轮 17粗动调焦手轮 18限位固紧手柄 19镜筒固紧螺钉 金相显微镜的使用步骤如下：1、选择是通过亮视场还是暗视场观测；2、打开电源；3、打开电脑并运行金相检测软件；4、光路选择（用CCD或者用眼睛观测）；5、把试样放置在载物台上；6、选择合适的物镜，一般先选择低倍率的物镜；7、调整焦距，