浅析热处理工艺对45钢组织和性能的影响.pdf

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浅析热处理工艺对45钢组织和性能的影响

为了明确热处理工艺对45钢的影响,本文研究了退火,正火,淬火,低温

回火、中温回火和高温热处理等对45钢显微组织及布氏硬度的影响规律,结果

表明:碳含量是受热处理影响最显著45钢的硬度和强度随碳含量的增加而增

加,但塑性和韧性降低。

标签:热处理工艺;金相组织;硬度;45钢

1绪论

随着工业化进程的加速和基础设施数量的增加,对不同类型钢的需求及其结

构性能要求也越来越高。目前45钢是结构用钢中使用最广泛的一种钢。中碳优

质钢由于其淬透性差,因此在正常条件下需对其进行淬火和回火以此提高其機械

性能。但其冷塑性适中,退火和正火类型优于淬火和回火。其适用于生产高强度

零件,例如齿轮、轴、活塞销以及机加工零件、锻造零件和冲压零件等不受大应

力作用的零件[1]。

45钢是一种主要用于机械零件生产的优质碳素钢,故又称机械零件用钢。

45钢的横温通常高于AC3,热处理后具有良好的力学性能。由于其重复性较低,

断面较大,因此不适用于对工件要求较高机械[2]。为了研究热处理对45钢组

织和布氏硬度的影响,对45钢进行了组织检测和布氏硬度测试,测定了热处理

过程中的退火,正火,淬火,低温回火,中温回火和高温回火热处理工艺。对获

得的数据进分析,得出热处理过程对45钢结构和性能的影响规律。

2热处理工艺

2.1热处理工艺概念

热处理是将固体金属加热到一定温度以保证所需的绝缘效果,并以适当的速

度冷却到室温以改变内部结构从而获得所需性能的过程。钢的特性不同于材料的

微观结构,在高温下由于分子运动强烈,钢的分子分布相对均匀。在奥氏体化温

度下热处理一定时间。首先将材料成分均质化,然后根据相应的热处理获得所需

的结构。经过各种热处理工艺后,当温度缓慢降低时,钢铁材料中铁和碳的分布

受到影响,材料的成分分布不均匀,产生了不同的显微组织[3]。从均匀分布到

不均匀分布,需要时间和扩散速率,但是通常温度越高,扩散速率越高。然后,

通过调整时间和温度,可以有选择地控制元素的不均匀分布以获得不同的组合。

实际上,热处理主要就是调节时间和温度。

2.2热处理工艺特点

热处理主要包括退火,正火,淬火和回火。

(1)退火:退火主要分为全退火,等温退火,球形退火,扩散退火,重结

晶退火以及应力消除退火。当材料处于完全退火期间,要钢件或钢球从AC的温

度再加热20到30摄氏度。一段时间后,钢结构变成完全奥氏体,然后缓慢冷却

(在炉中冷却)或埋在沙子和石灰中[4]。温度低于500-600度,并通过空气冷却,

通过相变获得珠光体和铁素体结构。

(2)正火:正火原理与退火原理相似,唯一的区别是经过一定时间的空气

冷却后,珠光体更细。退火钢的冷却速率要低于正火钢。与普通钢相比,它具有

更好的组织结构,更多的珠光体分散性和更少的铁素体,因此强度和硬度比退火

钢高。

(3)淬火:淬火在完全奥氏体化后淬火以获得马氏体或壳,以适当的方式

快速冷却,以防止所有奥氏体分解,并在一定时间内超过Ac3或Ac1。通过利用

马氏体的热处理工艺,可以将钢到加热到特定温度。淬火有利于提高钢的强度和

硬度,同时还可以增加刚才的耐磨性[5]。

(4)回火:回火时间已经冷却的钢材加热到比Ac1低的温度,并持续一段

时间,随后再把钢材冷却到室温。

根据回火的温度,可将回火分为高温回火,中温回火和低温回火。淬火和高

温回火(例如此处为600°C)也称为淬火和回火。此时,固溶体已经回收并重结

晶,同时渗碳颗粒继续生长,这将有助于大量铁素体和球形渗碳体混合结构的生

成,因此可以获得强度、可塑性和韧性的综合机械性能[6]。

3实验过程

3.1实验方案

对45钢的6个样品进行了热处理,在热处理前取了1个样品,以观察其原

始硬度和显微组织。随后,对45钢样品进行退火,正火,淬火,低回火,中回

火和高温回火。加热温度、加热速率、加热时间以及冷却时间在热处理过程中严

格把控。热处理后,使用布氏硬度分别测试试块的每个部分,以观察每个热处理

样品的金相结构,得出相应的结论[7]。

3.2实验材料与设备

本实验中使用的材料是45钢,一种高质量的碳素结构钢,其化学结构示于

下表1:

3.3实验步骤

热处理前,首先确定45钢的两个重要临界值。Ac1

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