45号钢热处理工艺

45 号钢热处理工艺 学号 XXXXXX 姓名 XXXXX 指导老师 XXX 目录 一 综述 4 1 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 5 2 45 钢的调质淬火 5 3 回火 6 1 回火目的 6 3 常用回火方法 6 4 45 钢淬火后的回火 6 二 选题依据 7 三 实验材料与设备 8 1 实验设备 8 2 实验材料 8 三 实验过程 8 1 试样的热处理 8 1 淬火 8 2 回火 9 2 试样硬度测定 9 3 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 10 1 样品硬度与显微组织分析 10 2 硬度测试数据 11 3 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 12 4 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 14 1 淬火条件影响样品的组织和性能 14 2 回火温度影响样品的组织和性能 14 3 碳元素影响样品的组织和性能 14 七 参考文献 14 一 综述 内容摘要 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 关键字 调质淬火 45 钢的调质淬火 回火 45 钢淬火后的回火 1 1 调质淬火调质淬火 调质是淬火加高温回火的双重热处理 其目的是使工件具有良好的综合机械性能 为 使调质件得到好的综合性能 一般含碳量控制在 0 30 0 50 调质淬火时 要求工件整个 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 然后以适当速度 快速冷却获得马氏体或 和 贝氏体组织的热处理工艺 目的 就是为了获得马氏体或下贝氏体组织 提高强度硬度 以便在随后不同温度回 火后获得所需要的性能 1 淬火加热温度淬火加热温度 淬火温度主要是根据 Fe Fe3C 相图中钢的临界点确定 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 淬火冷却时 要保证获得马氏体组织 必须使奥氏体以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 导致钢件的变形与开裂 因此 淬火工艺中最重要的一 个问题是既能获得马氏体组织 又要减小变形 防止开裂 常用冷却介质 目前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 到目前为止 尚未找到一种介质 能完全符合理想淬火冷却速度的要求 水具 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 水冷却介质最为合适 油的 冷却能力比水小 因此 生产中用油作冷却介质 只适用于过冷奥氏体稳定性较大的合金 钢淬火 3 淬火冷却方法淬火冷却方法 单介质淬火 是采用一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法 这种淬火方法的优 点是操作简便 适用于形状简单的碳钢和合金钢工件 形状简单 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一般用油淬 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 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 立即转入冷却能力弱的介质中冷却 常用的有 水 油 水 空 双 介质淬火 这种方法能有效地减少热应力和相变应力 降低工件变形和开裂的倾向 所以 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 要求操作工人必须具备丰富的经验和熟练的技术 2 2 4545 钢的调质淬火钢的调质淬火 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 号钢的淬火温度在 820 840 度左右 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 为使工件的奥氏体均匀化 就需要足够的 保温时间 一般为 1min mm 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 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 因为 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 水温要小于 30 工件入水后 应该淬透 但不是冷透 如果工件在盐水中冷透 就有 可能使工件开裂 这是因为当工件冷却到 180 左右时 奥氏体迅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 就应采取缓冷的方法 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 如能油冷更好 另外 工件入水宜动不宜静 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 导致硬度不均匀 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该达到 HRC56 59 截面大的可能性低些 但不能低于 HRC48 不然 就说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 仍然保留在基体中 3 3 回火回火 回火是将工件淬硬后加热到 Ac1 以下的某一温度 保温一定时间 然后冷却到室 温的热处理工艺 回火使工件获得所需的使用性能 1 回火目的回火目的 钢在淬火后一般很少直接使用 因为淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体 并且有内 应力产生 马氏体虽然强度 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 此外 淬火后组织是不稳定的 在室温下就能缓慢分解 产生体积变化而导致工 件变形 因此 淬火后的零件必须进行回火才能使用 回火的目的是 减少或消除淬火 内应力 稳定组织 稳定尺寸 降低脆性 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 以下 残余奥氏体分解 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 淬火内应力不断下降或消除 硬度逐渐下降 塑性 韧性逐渐升高 3 常用回火方法常用回火方法 低温回火 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 复合热处理工艺称为调质 调质后 钢具有优良的综合力学性能 一般硬度为 220 230HBS 高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢制作的曲轴 连杆 螺栓 汽车半轴 机床主轴及齿轮等重要的机器零件 4 4 4545 钢淬火后的回火钢淬火后的回火 1 加热温度通常为 200 硬度要求为 HRC44 48 200 回火金相为回火马氏体 图纸 有硬度要求的 就要按图纸要求调整回火温度 以保证硬度 关于回火保温时间 视硬度 要求和工件大小而定 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 一般工件回火保温时间总在一小时以上 2 45 钢淬火后硬度不足 主要原因有两方面 45 钢加热温度偏低 或保温时间不足 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 导致 45 钢淬火后硬度达不到 45 钢加热温度过高 或保温时间过长 造成 45 钢表面脱碳 导致硬度变低 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 这种钢的机械性能很好 热处理能提高 45 钢的机械性能 消除残余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处理缺陷 通过研究不同热处理工艺对 45 钢显微组织和性能的影响 对比不同热处理工艺条件下 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 并对热处理后的硬度 耐磨性等性能进行测试分析 最后得出制 造不同零件时 45 钢的较佳热处理工艺 二 选题依据 45 号钢是优质碳素结构用钢 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 工夹具等要求强度较高的零件 应用十分广泛 为使 45 钢具有所需要的力学性能 物理性能和化学性能 除合理选用材料和各种成形工艺外 热处理工艺往往是必不可少的 它不改变 45 钢的外形 通过热处理能充分发挥 45 钢的潜 力 并赋予 45 钢所需要的各种特殊性能 达到提高 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 正在国内外迅速发展 一方 面它能提高 45 钢的强韧化效果 阻碍裂纹的扩展 改善有害杂质的分布 提高 45 钢的综 合机械性能 另一方面由于其加热温度较低 因此可降低加热成本 提高能源利用率 3 尽管热处理能提高 45 钢的机械性能 消除残余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处理缺陷 使 45 钢成为不合格品 或废品 造成经济损失 如果热处理缺陷不能及时发现 带有缺陷的 45 钢产品投入使用 可能会引起重大事故 为此本文通过研究不同热处理工艺对 45 钢显微组织和性能的影响 对比不同热处理工艺条件下 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 并对热处理后的硬度 耐磨性等性能进行测试分析 最后得出制 造不同零件时 45 钢的较佳热处理工艺 三 实验材料与设备 1 1 实验设备实验设备 1 热处理加热炉 箱式电阻炉 HR 1500 洛式硬度计 洛氏硬度 C 标尺 金 相显微镜及数码照相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 2 实验材料实验材料 试样 直径 10mm 高度 15mm 的 45 钢 T8 钢圆柱状小试样 三 实验过程 利用箱式电阻炉 洛式硬度计 金相显微镜对 45 钢样品进行热处理 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标 需要经过淬火加回火工 艺获得良好的性能及符合要求的组织 1 1 试样的热处理试样的热处理 1 淬火淬火 加热温度 根据本实验热处理的目的 本实验选择淬火加热温度为 840 保温时间 本 45 号钢样品直径为 10mm 的小圆柱体 高度与直径相差不大 所以 不单独考虑升温时间 取 2min mm k 取 1 根据实验原理中的式子 t K H 计算 得加热时间为 20min 冷却介质 由 45 钢的连续冷却转变曲线可知 碳钢的临界冷却速度很大 应选用具 有较强冷却能力 见表 4 1 常用冷却介质的冷却直径 的水作为冷却介质 才能避免冷却 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 为淬火冷却介质能保证 10mm 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 10201621 5 mm 表 4 1 常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 用火钳夹出样品迅速放入冷水槽中并剧烈搅拌 使样品能淬透 2 回火 回火 加热温度 实验要求的回火加热温度为 560 在 500 650 高温回火 得到回火 索氏体组织 冷却介质 空气 进行空冷 具体操作 把经过淬火处理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 2 试样硬度测定试样硬度测定 将冷却至接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 第一个点不计入数据 后三个点计入数据 若三个点硬度值相差不大说明组织较为均匀 最后对三个测量值求平 均值 3 3 显微组织观察与拍照记录显微组织观察与拍照记录 1 样品的制备样品的制备 样品的磨光 用一套金相砂纸 包括 360 400 600 800 1000 1200 1500 在玻璃板上先粗后细逐号磨光 注意每 换上一号细一些的砂纸时 将磨光方向转换 90 以便于观察原磨痕的消除情况 最后 将样品在磨光机上磨光 注意手持样品应用力均匀 用力也不宜过大 样品的抛光 样品在金相样品抛光机上细抛 使样品表面达到光亮如镜的光洁度 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 和纯酒精各倒入一个玻璃器皿中 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 立即用水冲 2 显微组织的观察与记录显微组织的观察与记录 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 选择合适的放大倍数 200 倍 400 倍 利用数码照相系统对 45 钢样 品进行数码照相 五 实验结果与分析 1 1 样品硬度与显微组织分析样品硬度与显微组织分析 1 处理方式 无处理 组织分析 铁素体和珠光体 但比退火的晶粒要小 硬度要高一些 图 5 1 200 45 钢原样 图 5 2 400 45 钢原样 2 处理方式 840 淬火 组织分析 针状淬火马氏体和残余奥氏体 图 5 3 200 45 钢淬火 图 5 4 400 45 钢淬火 3 处理方式 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楚的呈现 图 5 5 200 45 钢回火 图 5 6 400 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可以判断 生成了回火索氏体 因 此 实验制定的热处理工艺能得到要求的显微组织 且硬度实验值也与手册符合得较好 2 2 硬度测试数据硬度测试数据 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 1 45 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 2 T8 钢不同状态下硬度 硬度单位 HRC 3 3 淬火对试样性能的影响淬火对试样性能的影响 1 淬火温度的影响淬火温度的影响 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 造成硬度不足 见表 5 2 力学性能降低 2 淬火介质的影响淬火介质的影响 常用淬火介质及其冷却能力如表 5 2 常用淬火介质及其冷却能力所示 可知水具有较 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 在低温区冷却速度合适 但在高温区冷却能力却很低 冷却速度 s 淬火介质 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 常用淬火介质及其冷却能力 碳钢的临界冷却速度大 一般采用冷却能力较强的淬火介质如水 才能得到全部为马 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 并连成网状结构 室温下得到屈氏体网 马氏体显微组织 使强度降低 硬度明显下降 见 表 5 3 45 钢不同回火温度与测量硬度值 4 4 回火对试样的影响回火对试样的影响 1 回火温度对回火温度对 45 钢组织的影响钢组织的影响 钢经淬火后的室温组织是马氏体和残余奥氏体 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 马氏体中碳原子的偏聚 马氏体的分解 残余奥氏体的转变 碳化物的转 变 碳化物的聚集长大和 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 与淬火马氏体没有显著区别 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 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 相发生再结晶 由等轴状铁 素 体逐步代替针状 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 回火温度对回火温度对 45 钢硬度和强度的影响钢硬度和强度的影响 组别 12345 回火温度 200300400500600 45 钢回火后硬度 HRC 53 650 940 124 521 53 表 5 4 45 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降低 45 钢在 200 以下回火 硬度下降缓慢 这是由于 固溶体析出大量的 碳化物 增大塑 性变形抗力 使硬度下降延缓 200 300 回火由于残余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 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 以以 45 钢和钢和 T8 钢为例分析碳含量对钢的淬硬性的影响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 235328 T8 钢 3562 559 表 5 5 45 钢和 T8 钢硬度 淬硬性是指钢在淬火后能够达到的最高硬度 主