45号钢热处置工艺设计

45号钢热解决工艺学号：XXXXXX姓名：XXXXX指导老师：XXX目录一、 综述 41．调质淬火 4（1）淬火加热温度 4(2)淬火冷却 4（3)淬火冷却方法 52．45钢的调质淬火 53．回火 6（1）回火目的 6（3）常用回火方法 64．45钢淬火后的回火 6二、 选题依据 7三、实验材料与设备 81.实验设备 82.实验材料 8三、 实验过程 81.试样的热处理 8（1）淬火 8（2）回火 92.试样硬度测定 93.显微组织观察与拍照记录 9（1）样品的制备 9（2）显微组织的观察与记录 9五、实验结果与分析 101.样品硬度与显微组织分析 102.硬度测试数据 113.淬火对试样性能的影响 11（1）淬火温度的影响 11（2）淬火介质的影响 124.回火对试样的影响 12（1）回火温度对45钢组织的影响 12（2）回火温度对45钢硬度和强度的影响 13（3）以45钢和T8钢为例分析碳含量对钢的淬硬性的影响 13六、结论 141.淬火条件影响样品的组织和性能 142.回火温度影响样品的组织和性能 143.碳元素影响样品的组织和性能。 14七、参考文献 14

综述【内容摘要】：45钢是中碳构造钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，因此应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和规定比较高的工件不适宜采用。45钢淬火温度在A3+(30～50)℃，在实际操作中，普通是取上限的。偏高的淬火温度能够使工件加热速度加紧，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。【核心字】：调质淬火45钢的调质淬火回火45钢淬火后的回火1．调质淬火调质是淬火加高温回火的双重热解决，其目的是使工件含有良好的综合机械性能。为使调质件得到好的综合性能，普通含碳量控制在0.30~0.50%。调质淬火时，规定工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。淬火——淬火是将工件加热到AC3或AC1点以上某一温度保持一定时间。然后以适宜速度快速冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热解决工艺。目的：就是为了获得马氏体或下贝氏体组织，提高强度硬度，方便在随即不同温度回火后获得所需要的性能。（1）淬火加热温度淬火温度重要是根据Fe—Fe3C相图中钢的临界点拟定。亚共析钢的淬火加热温度：AC3以上30℃~50℃，使钢完全奥氏体化，淬火后获得全部马氏体组织。共析钢、过共析钢的淬火加热温度：为AC1以上30℃~50℃，得到奥氏体和部分二次渗碳体，淬火后得到马氏体（共析钢）或马氏体加渗碳体（过共析钢）组织。(2)淬火冷却淬火冷却时，要确保获得马氏体组织，必须使奥氏体以不不大于马氏体临界冷却速度冷却，而快速冷却会产生很大淬火应力，造成钢件的变形与开裂。因此，淬火工艺中最重要的一种问题是既能获得马氏体组织，又要减小变形、避免开裂。惯用冷却介质：现在应用最广泛的淬火冷却介质是水和油。实际生产中，使用的冷却介质较多，到现在为止，尚未找到一种介质，能完全符合抱负淬火冷却速度的规定。水含有较强烈的冷却能力，用作奥氏体稳定性较小的碳钢的淬火，水冷却介质最为适宜。油的冷却能力比水小，因此，生产中用油作冷却介质，只合用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火。（3)淬火冷却办法①单介质淬火是采用一种淬火介质中始终冷却到室温的淬火办法。这种淬火办法的优点是操作简便，合用于形状简朴的碳钢和合金钢工件。形状简朴、尺寸较大的碳钢工件多采用水淬，小尺寸碳钢件和合金钢件普通用油淬。缺点对大尺寸和或形状复杂的工件，采用水淬变形开裂倾向大，而油淬冷却速度小，淬不硬。②双介质淬火是将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质，在组织即将发生马氏体转变时，立刻转入冷却能力弱的介质中冷却。惯用的有“水——油”、“水——空”双介质淬火。这种办法能有效地减少热应力和相变应力，减少工件变形和开裂的倾向，因此可用于形状复杂和截面不均匀的工件的淬火。但操作时应严格控制工件在水中的停留时间，规定操作工人必须含有丰富的经验和纯熟的技术。2．45钢的调质淬火：45钢是中碳构造钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，因此应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和规定比较高的工件不适宜采用。45号钢的淬火温度在820~840度左右，在实际操作中，普通是取上限的。偏高的淬火温度能够使工件加热速度加紧，表面氧化减少。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间,普通为1min/mm,如果实际装炉量大，就需适宜延长保温时间。否则，可能会出现因加热不均匀造成硬度局限性的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大，加热保温时间需延长1/5。由于45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液,45号钢水淬容易有软点的.。水温要不大于30°。工件入水后，应当淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是由于当工件冷却到180℃左右时，奥氏体快速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采用缓冷的办法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更加好）。另外，工件入水宜动不适宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，造成硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。45钢调质件淬火后的硬度应当达成HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，否则，就阐明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保存在基体中。3．回火——回火是将工件淬硬后加热到Ac1下列的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热解决工艺。回火使工件获得所需的使用性能。（1）回火目的钢在淬火后普通极少直接使用，由于淬火后的组织是马氏体和残存奥氏体，并且有内应力产生，马氏体即使强度、硬度高，但塑性差，脆性大，在内应力作用下容易产生变形和开裂；另外，淬火后组织是不稳定的，在室温下就能缓慢分解，产生体积变化而造成工件变形。因此，淬火后的零件必须进行回火才干使用。回火的目的是：①减少或消除淬火内应力；②稳定组织，稳定尺寸；③减少脆性、获得所需要的力学性能。（2）回火时组织与性能的变化淬火钢的组织转变可分为四个阶段：马氏体的分解（200℃下列）→残存奥氏体分解（200～300℃）→渗碳体的形成（250～400℃）→渗碳体聚集长大（400℃以上）。随着回火温度升高，淬火内应力不停下降或消除，硬度逐步下降，塑性、韧性逐步升高。（3）惯用回火办法①[低温回火]（<250℃）低温回火后得到回火马氏体组织。其目的是减少钢的淬火应力和脆性，回火马氏体含有高的硬度（普通为58~64HRC）、强度和良好耐磨性。因此，低温回火特别合用于刀具、量具、滚动轴承、渗碳件及高频表面淬火等工求高硬度和耐磨性的工件。②[中温回火]（250℃~500℃）中温回火后得到回火托氏体组织。使钢含有高的弹性极限，较高的强度和硬度（普通为35~50HRC），良好的塑性和韧性。中温回火重要用于多个弹性元件及热作模具。③[高温回火]（>500℃）高温回火后得到回火索氏体组织。工件淬火并高温回火的复合热解决工艺称为调质。调质后，钢含有优良的综合力学性能（普通硬度为220~230HBS）。高温回火重要合用于中碳构造钢或低合金构造钢制作的曲轴、连杆、螺栓、汽车半轴、机床主轴及齿轮等重要的机器零件。4．45钢淬火后的回火（1)加热温度普通为200℃，硬度规定为HRC44~48。200℃回火金相为回火马氏体.图纸有硬度规定的，就要按图纸规定调节回火温度，以确保硬度。有关回火保温时间，视硬度规定和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，普通工件回火保温时间总在一小时以上。(2)45钢淬火后硬度局限性，重要因素有两方面：①45钢加热温度偏低，或保温时间局限性。在此状态下，组织中奥氏体的碳和合金元素含量不够，甚至组织中还残存着未转变的珠光体或未溶铁素体，造成45钢淬火后硬度达不到。②45钢加热温度过高，或保温时间过长，造成45钢表面脱碳，造成硬度变低。结论：1.淬火条件影响样品的组织和性能。2.回火温度影响样品的组织和性能。3.碳元素影响样品的组织和性能。45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能较好。热解决能提高45钢的机械性能、消除残存应力和改善切削加工性，但是淬火加热温度、冷却介质和回火温度的选择不当及操作不当可能会出现热解决缺点，通过研究不同热解决工艺对45钢显微组织和性能的影响，对比不同热解决工艺条件下45钢的显微组织和机械性能，找出45钢显微组织和机械性能的影响因素和影响规律，并对热解决后的硬度、耐磨性等性能进行测试分析，最后得出制造不同零件时45钢的较佳热解决工艺。选题根据45号钢是优质碳素构造用钢，硬度相对不高，切削加工相对容易。45号钢既能做模具模板，又可制造曲轴、轴、活塞销、工夹具等规定强度较高的零件，应用十分广泛。为使45钢含有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和多个成形工艺外，热解决工艺往往是必不可少的。它不变化45钢的外形，通过热解决能充足发挥45钢的潜力，并赋予45钢所需要的多个特殊性能，达成提高45钢质量，延长使用寿命，确保机器运行安全可靠的目的。亚温淬火作为45钢的一种强韧化工艺，正在国内外快速发展。首先它能提高45钢的强韧化效果，妨碍裂纹的扩展，改善有害杂质的分布，提高45钢的综合机械性能；另首先由于其加热温度较低，因此可减少加热成本，提高能源运用率[3]。尽管热解决能提高45钢的机械性能、消除残存应力和改善切削加工性，但是淬火加热温度、冷却介质和回火温度的选择不当及操作不当可能会出现热解决缺点，使45钢成为不合格品或废品，造成经济损失，如果热解决缺点不能及时发现，带有缺点的45钢产品投入使用，可能会引发重大事故。为此本文通过研究不同热解决工艺对45钢显微组织和性能的影响，对比不同热解决工艺条件下45钢的显微组织和机械性能，找出45钢显微组织和机械性能的影响因素和影响规律，并对热解决后的硬度、耐磨性等性能进行测试分析，最后得出制造不同零件时45钢的较佳热解决工艺。三、实验材料与设备1.实验设备（1)热解决加热炉：箱式电阻炉；HR-1500洛式硬度计（洛氏硬度C标尺）；金相显微镜及数码摄影系统磨光机及金相砂纸；抛光机及抛光液；(2)浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、脱脂棉、滤纸等；2.实验材料试样：直径φ10mm，高度15mm的45钢，T8钢圆柱状小试样。实验过程运用箱式电阻炉、洛式硬度计、金相显微镜对45钢样品进行热解决(淬火加560℃回火)、测硬度以及显微组织观察分析。本实验以得到马氏体为目的，需要通过淬火加回火工艺获得良好的性能及符合规定的组织。1.试样的热解决（1）淬火①加热温度根据本实验热解决的目的，本实验选择淬火加热温度为840℃②保温时间本45号钢样品直径为φ10mm的小圆柱体，高度与直径相差不大。因此不单独考虑升温时间，α取2min/mm，k取1。根据实验原理中的式子tKH，计算得加热时间为20min。③冷却介质由45钢的持续冷却转变曲线可知，碳钢的临界冷却速度很大，应选用品有较强冷却能力（见表4.1惯用冷却介质的冷却直径）的水作为冷却介质，才干避免冷却曲线与C曲线相交，得到索氏体组织。已查得45钢淬火临界直径如表4.1所示，选择水作为淬火冷却介质能确保φ10mm圆柱样品被淬透。淬火介质静油20℃水40℃水20℃5％NaCl水溶液临界直径（mm）10201621.5表4.1惯用冷却介质的冷却直径具体操作：把样品放入箱式电阻炉内恒温区的耐火砖上，调节加热温度，待测温仪显示为840℃时开始计时，保温20min后，用火钳夹出样品快速放入冷水槽中并激烈搅拌，使样品能淬透。（2）回火①加热温度实验规定的回火加热温度为560℃（在500～650℃高温回火，得到回火索氏体组织）②冷却介质空气，进行空冷。具体操作：把通过淬火解决后的样品放入已调好温度的560℃箱式电阻炉内恒温区的耐火砖上，待使炉温稳定后开始计时，保温30min后，用火钳夹出样品放在已准备好的耐火架上空冷至室温。2.试样硬度测定将冷却至靠近室温的试样在砂轮机上打磨，去掉表面氧化皮。用360#砂纸将试样表面磨平，再依次使用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#砂纸打磨。然后，将样品放在洛式硬度计的载物台上，采用洛式硬度C标尺测量样品硬度（硬度计压头为金刚石，量程20～70HRC，加载载荷为150kg）。在试样上不同位置取四个点，第一种点不计入数据，后三个点计入数据，若三个点硬度值相差不大阐明组织较为均匀，最后对三个测量值求平均值。3.显微组织观察与拍照统计（1）样品的制备①样品的磨光。用一套金相砂纸（涉及360#，400#，600#，800#，1000#，1200#、1500#）在玻璃板上先粗后细逐号磨光。注意每换上一号细某些的砂纸时，将磨光方向转换90°，方便于观察原磨痕的消除状况。最后，将样品在磨光机上磨光，注意手持样品应用力均匀，用力也不适宜过大。②样品的抛光。样品在金相样品抛光机上细抛，使样品表面达成光亮如镜的光洁度。③显微组织的显示。将抛光好的样品，直接在显微镜下观察，应基本上没有磨痕和磨坑，而无法观察到晶界、各类相和组织。本实验采用化学浸蚀法，将浸蚀液（4%硝酸酒精）和纯酒精各倒入一种玻璃器皿中，用竹夹子夹脱脂棉、蘸浸蚀液在样品表面擦试，当光亮镜面呈浅灰白色，立刻用水冲（2）显微组织的观察与统计制备好的样品用显微镜在40～400倍不同放大倍数下观察组织，体会放大倍数的不同对组织观察的影响。选择适宜的放大倍数（200倍，400倍）运用数码摄影系统对45钢样品进行数码摄影。五、实验成果与分析1.样品硬度与显微组织分析（1）解决方式：无解决组织分析：铁素体和珠光体，但比退火的晶粒要小，硬度要高某些。图5.1200×45钢原样图5.2400×45钢原样（2）解决方式：840℃淬火组织分析：针状淬火马氏体和残存奥氏体。图5.3200×45钢淬火图5.4400×45钢淬火（3）解决方式：560℃回火调质组织分析：铁素体和粗粒渗碳体的混合物――回火索氏体。回火索氏体在光学显微镜下呈较为粗大的晶体颗粒，其内分布着细均匀颗粒小球状碳化物。从图中可看出样品浸蚀效果较好，渗碳体微粒能比较清晰的呈现。图5.5200×45钢回火图5.6400×45钢回火测得该样品硬度为28HRC。根据其硬度和微观组织形貌能够判断，生成了回火索氏体。因此，实验制订的热解决工艺能得到规定的显微组织，且硬度实验值也与手册符合得较好。2.硬度测试数据组别硬度1234平均原始硬度2226202423淬火后硬度5153525653回火后硬度2326312728 表5.145号钢不同状态下硬度 硬度单位：HRC组别硬度1234平均原始硬度3538403735淬火后硬度6562636062.5回火后硬度5960576059表5.2T8钢不同状态下硬度硬度单位：HRC3.淬火对试样性能的影响（1）淬火温度的影响45钢的淬火加热温度应在Ac3以上30～50℃，淬火温度选840℃可得细而均匀的奥氏体晶粒，淬火后获得细小的马氏体组织。若在Ac3以上过高温度如1000℃加热，会使奥氏体晶粒粗化，淬火后马氏体粗大，脆性增大，硬度下降，粗晶马氏体的硬度反而比细晶马氏体的硬度高。若在Ac1～Ac3之间的两相区加热，如770℃淬火后，高硬度的马氏体中混杂有低硬度的铁素体，造成硬度局限性（见表5.2），力学性能减少。（2）淬火介质的影响惯用淬火介质及其冷却能力如表5.2惯用淬火介质及其冷却能力所示，可知水含有较大的冷却能力，但在低温区冷却速度太快，工件容易淬裂，另外水冷却能力对温度变化敏感，水温升高，冷却能力急剧下降。油全程冷却速度均比水小，在低温区冷却速度适宜，但在高温区冷却能力却很低。淬火介质冷却速度（℃/s）在650~550℃区间在300~200℃区间水（18℃）600270水（26℃）500270水（50℃）100270矿质机油10020表5.3惯用淬火介质及其冷却能力碳钢的临界冷却速度大，普通采用冷却能力较强的淬火介质如水，才干得到全部为马氏体的显微组织。若选用油作为淬火介质，由于其冷却速度小，冷却曲线会与CCT曲线“鼻尖”处相交，转变过程得到小部分屈氏体组织，因屈氏体沿原奥氏体晶界形核析出，并连成网状构造，室温下得到屈氏体网+马氏体显微组织，使强度减少，硬度明显下降（见表5.345钢不同回火温度与测量硬度值）。4.回火对试样的影响（1）回火温度对45钢组织的影响钢经淬火后的室温组织是马氏体和残存奥氏体，都是亚稳相。一旦进行加热，原子扩散能力加强，会自发向稳定相铁素体和渗碳体转变。随回火温度升高，转变大致分为五个阶段：①马氏体中碳原子的偏聚；②马氏体的分解；③残存奥氏体的转变；④碳化物的转变；⑤碳化物的聚集长大和α相回复、再结晶。45钢在150～350℃低温回火，得到回火马氏体组织。回火马氏体在光学显微镜下呈暗黑色条片状组织。低温回火后，只是碳原子的偏聚，与淬火马氏体没有明显区别，但回火马氏体比淬火马氏体易受腐蚀，故显微组织比淬火马氏体颜色更黑。在350～500℃中温回火后，得到回火屈氏体组织。由于马氏体分解、过饱和固溶碳原子析出渗碳体，渗碳体聚集长大并球化，条状α相上分布着微细粒状渗碳体，但光学显微镜下难以分辨。在500～650℃高温回火，得到回火索氏体组织。这时α相发生再结晶，由等轴状铁素体逐步替代针状α相。其显微组织是由细粒状渗碳体和等轴状铁素体所构成的复相组织，光学显微镜下能分辨出渗碳体颗粒。若45钢在650℃～A1间回火，粒状渗碳体明显粗化，将得到粒状珠光体组织。（2）回火温度对45钢硬度和强度的影响组别12345回火温度（℃）20030040050060045钢回火后硬度（HRC）53.650.940.124.521.53表5.445钢不同回火温度与测量硬度值从表5.3不同回火温度与测量硬度值，淬火钢回火硬度随回火温度的升高而减少。45钢在200℃下列回火，硬度下降缓慢，这是由于α固溶体析出大量的ε碳化物，增大塑性变形抗力，使硬度下降延缓。200～300℃回火由于残存奥氏体分解为回火马氏体的硬化作用，硬度下降趋势平缓。300℃以上回火，随着ε碳化物变为渗碳体，共格破坏以及渗碳体聚集长大，使硬度快速下降。碳含量对钢的淬硬性的影响（3）以45钢和T8钢为例分析碳含量对钢的淬硬性的影响。原始硬度淬火硬度回火硬度45钢23532