中碳钢顶端淬火的梯度组织的测量研究(3)

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1.2 45#钢的热处理工艺

1.2.1 45#钢的热处理概述

钢铁零件热处理的目的是为了获得要求的硬度和力学性能，以强化基体或零件的表面性能，满足零件的实际工作需要。由于零件的材质、加工方法、热处理方式等不同，因此零件的性能有很大的差异。钢在加热和冷却时，其内部组织和晶体结构发生了变化，因此改变了钢的力学性能，故热处理是充分发挥金属材料潜在的性能极为有效的工艺方法之一，零件进行热处理的目的就是为了获得所期望的组织和性能，了解热处理对零件组织和性能的影响，对于编制正确有效、可操作性强、产品质量得到保证的热处理工艺提供了依据，根据零件的工作条件和使用状况，一定要合理选材，既考虑经济性，又要分析采用哪种热处理可满足零件的技术要求。钢的热处理过程是由加热、保温和冷却三个阶段组成的。45#钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。

45#钢淬火温度在A3+(30~50)℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，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。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大[15]，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。

在编制具体的零件的热处理工艺时，应根据硬度的要求、金相组织和性能对零件的影响等，同时要考虑零件的形状和尺寸、其他技术要求等制订合理的热处理工艺。热处理工艺参数制订主要考虑包括加热设备、加热温度、保温时间、装炉量、工艺装备、加热介质和冷却介质、表面清理、变形的预防和校直等。另外热处理工艺还同热处理设备的结构、传热的方式及性能密切相关，钢的材料成分对热处理工艺的影响很大，因此在实际生产过程中要充分认真考虑、通过实验摸索出参数，制订出合理的热处理工艺。

1.2.2 45#钢的热处理方法

根据加热温度、冷却方式和使用目的的不同，热处理方法通常分为退火、正火、淬火和回火等工艺[4]。

（1）退火

退火是指将钢加热到一定温度（Ac1或Ac3）以上，保温一定时间，随后缓慢冷却以获得平衡状态组织的热处理工艺。其目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火的目的（1）降低硬度，改善切削加工性；（2）消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；（3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。在生产中，退火工艺应用很广泛。根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。退火方法：退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础（图1）。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。

（2）正火

正火则是加热到更高温度（Ac3或Acm）以上，在空气中冷却或进行风冷、喷雾冷却等。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化[5]。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。对于形状复杂的重要锻件，在正火后还需进行高温回火（550-650℃）高温回火的目的在于消除正火冷却时产生的应力，提高韧性和塑性。