45钢亚温淬火工艺对组织性能影响的研究

２０１４年第５期（总第１０４期）　
ｉｉ｝－蓦；　钍　
ＥＮＥＲＧＹ　ＡＮＤ　ＥＮＥＲＧＹ　Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ　２０１４年５月　

４５钢亚温淬火工艺对组织性能影响的研究　
裴广州，杨泽民，崔建忠　
（晋城市金菲机电有限公司，山西晋城０４８００６）　
摘要：　通过研究４５钢在７５０℃一８４０℃的亚温淬火热处理后的综合力学性能：硬度、拉伸强度、冲击值、断面收缩　
率、延伸率及金相显微组织，来寻求４５钢的最佳热处理工艺。通过对比分析，８２０　ｏＣ淬火，５００℃回火是得到４５钢最　
佳性能的热处理工艺。亚温淬火可以在保证４５钢硬度的前提下，显著提高４５钢的塑韧性，大大降低机械零件的淬火开　
裂程度，同时可以为企业节约能源提高经济效益，减少对环境的污染。　
关键词：４５钢；亚温淬火；力学性能；显微组织　
中图分类号：ＴＧ１５６．３４　文献标识码：　Ａ　文章编号：　２０９５—０８０２一（２０１４）０５—０１６４—０２　

Ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　４５　Ｓｔｅｅｌ　ｏｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　
ＰＥＩ　Ｇｕａｎｇ－ｚｈｏｕ，ＹＡＮＧ　Ｚｅ－ｍｉｎ，ＣＵＩ　Ｊｉａｎ－ｚｈｏｎｇ　
（Ｊｉｎｃｈｅｎｇ　Ｊｉｎｆｅｉ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎｃｈｅｎｇ　０４８００６，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　４５　ｓｔｅｅｌ　ａｆｔｅｒ　ｉｎｔｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎ　７５０　ｏＣ～８４０　ｏＣ．　
ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｉｍｐａｃｔ　ｖａｌｕｅ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ　ａｒｅａ，ｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ　
ｔｏ　ｓｅｅｋ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　４５　ｓｔｅｅ１．Ｂｙ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　８２０　ｏＣ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　
ａｎｄ　５００　ｏＣ　ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ　ｃａｎ　ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　４５　ｓｔｅｅ１．Ｉｎｔｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　
ｏｆ　４５　ｓｔｅｅｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｏｆ　４５　ｓｔｅｅｌ　ｉｓ　ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ．ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　
ｐａＩ‘ｔｓ　ｇｒｅａｔｌｙ，ｓａｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：４５　ｓｔｅｅｌ；ｉｎｔｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅ￣ｙ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

Ｏ引言　
４５钢是中国目前使用特别普遍的普通优质钢，大　
量用于齿轮、叶轮、泵、轴类等零件［１］。本文通过对　
４５钢进行不同温度的亚温淬火及回火处理，进一步探　
讨４５钢的亚温淬火对其组织性能影响的工艺研究，　
来获得用于实际生产中切实可行的最佳热处理工艺。　
对企业在节约能源方面做出了突出贡献。　

ｌ试验材料及方法　
１．１试验材料　
该试验所使用的４５钢原始状态为热轧态，直径　
为１４　ｍｌＴｌ的棒材，为了减小试验数据的误差，试验　
所选择的是同一批次材料。其材料的化学成分见表１。　
１．２试验用试样的制备　
试验用试样分为硬度试块、拉伸试棒、冲击试样　
三种，分别用以进行力学性能的检测和显微组织的观　

收稿日期：２０１４—０４—０３　
第一作者简介：裴广州，１９８７年生，男，山东临沂人，２０１１年　
毕业于河北工程大学材料成型及控制工程专业，助理工程师。　

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表１　４５号钢的化学成分　
铜号ｆ　Ｃ　Ｓｉ　Ｉ　Ｍｎ　Ｉ　Ｐ　ｌ　Ｓ　ｌ　Ｎｉ　Ｃｕ　Ｉ　Ｆｅ　
４５钢１０．４５　０．２３　１　０．６ｌ　ｌ　０．０３１　１　０．０３０　ｌ　０．２５　０．２５　ｌ余量　ｌ　

察分析。其中硬度试块是高度为２　ａｍ的圆柱棒材，　
拉伸试棒是直径为１０　ｍｍ的标准棒材拉伸试样，冲　
击试样为缺口深度２　ｍｍ、高度５　ｍｍ的标准夏比ｕ　
型缺口试样１２１。　
１．３试验检测设备　
硬度性能检测设备：洛氏硬度仪；强度检测及韧　
性检测设备：微机控制电子万能试验机，型号为ＷＯＷ一　
１００Ｄ；金属显微组织抛光及观察分析设备：金相预磨　
机、粗抛机、细抛机、ＯＬＹＭＰＵＳ金相显微镜。　
１．４试验方法　
本试验分为两个阶段：硬度试块的热处理阶段、　
拉伸和冲击试样的热处理阶段。亚温淬火热处理工艺　
参数的制订对亚温淬火效果有很大影响，所以本试验　
制订了严格的试验操作步骤和操作方法，具体试验方　
案为：ａ）将材料加工成高１０　ｍｍ的硬度试块，在　
７５０　ｃ【＝～８４０　ｃｌＣ之间，每１０　ｃ【＝选一个温度档次，每　
２０１４年第５期　裴广州，等：４５钢亚温淬火工艺对组织性能影响的研究　２０１４年５月　
个温度档选三个试样，即分别做７５０℃、７６０℃、　
７７０℃、７８０℃、７９０　ｑＣ、８００。（＝、８１０　ｏＣ、８２０　ｏ（＝、　
８３０℃、８４０℃的淬火处理，淬火的加热速度为２０　
￣Ｃ／ｍｉｎ，淬火的保温时间为２５　ｍｉｎ，淬火介质为水，　
然后分别做４５０℃、５００　ｑＣ、５５０℃的回火处理，保　温３０　ｍｉｎ，之后进行材料的硬度测试，试验结果取平　均值；ｂ）将原始材料分别加工为拉伸试棒和冲击试　样，在７５０℃一８４０℃中挑选７６０℃、７７０℃、７９０　℃、８２０　ｏＣ四组温度，分别做冲击和拉伸试样的淬火　试验，每个温度档做三个试样，淬火加热速度为２０　ｑＥ／ｍｉｎ；淬火保温时间为２５　ｍｉｎ；淬火的介质为水。　在加热过程中为了防止４５钢内部的铁金属基体在温　度超过５６０℃以上发生剧烈的氧化反应，使得材料表　面形成氧化层，影响试验结果，先将试验材料加热到　４００℃时，将材料从炉膛取出，涂抹一次防氧化剂，　待裹满氧化剂后再进行后续的淬火热处理试验。淬火　后，每个温度档次再分别做４５０　ｏＣ、５００℃、５５０　ｏＣ　的回火处理，　保温３０　ｍｉｎ；之后再进行各项力学性能　检测和金相显微组织观察。　２试验结果及分析　２．１力学性能分析　２．１．１硬度分析　４５钢经过不同温度的淬火处理及回火处理后的硬　度值如图１所示。从图中我们可以看出，随着淬火温　度的上升，４５钢的硬度呈上升趋势，在８１０　左右　淬火时硬度值达到峰值，之后会有小幅下降，这是因　为在达到临界温度时，由铁素体完全转变的奥氏体，　会析出部分块状的铁素体【３］。和常规热处理相比较，　即８４０℃的淬火处理，亚温淬火可以使材料得到较高　的硬度值，而不影响４５钢零件的使用性。　３７　３５　ｇ　３３　宣３１　盐　２９　２７　７５０　７６０　７７０　７８０　７９０　８００　８１０　８２０　８３０　８４０　淬火温度ｆＣ　图１　４５钢不同温度热处理后的硬度变化曲线　２．１．２拉伸强度和冲击韧性分析　图２是４５钢在不同亚温淬火下不同温度回火处　理的拉伸和冲击数据变化曲线。在图（ａ）中看到：相同　回火温度下，随着淬火温度的升高，４５钢的冲击强度　表现为上升趋势，在７９０℃达到峰值，之后，趋于下　降趋势；从图（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）中看到：４５钢的抗拉强度，　延伸率和断面收缩率呈大体上升趋势，在温度为８２０　℃时，其抗拉强度，延伸率和断面收缩率达到峰值，　之后延伸率和断面收缩率呈现出下降趋势。试验数据　表明：和常规的４５钢热处理（８４０℃淬火＋５５０℃回　火）相比较，８２０℃淬火，５００　ｃＣ回火的冲击值较　高，抗拉强度，延伸率和断面收缩率值已和常规热处　
理的值有所提高。综合以上数据，８２０　ｃｌＣ淬火，５００　
℃回火，是最佳的热处理工艺。　

７６０　７７０　７８０　７９０　８００　８１０　８２０　８３０　８４０　
淬火温度，℃　

（ａ）抗拉强度　

堡　
瓣　
量　

ｌ＋４５０℃回火ｌ　
ｌ＋５００℃回火Ｉ　
ｌ－－￣－５５０　回火Ｉ　

７６０　７７０　７８０　７９０　８００　８１０　８２０　８３０　８４０　
淬火温度ｆＣ　

（ｂ）延伸率　

卜◆－４５０　回火ｌ　
ｌ＋５００℃回火Ｉ　

ｌ－．ｒ５５０℃回火ｌ　

７６０　７７０　７８０　７９０　８００　８１０　８２０　８３０　８４０　
淬火温度／℃　

（ｃ）和断面收缩率　

淬火温度／℃　
（ｄ）变化曲线　
图２　４５钢不同温度热处理后冲击强度　

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