45鋼鍛后余熱熱處理研究

1、45鋼鍛后余熱熱處理研究摘 要：45鋼作為最常用的中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，其鍛件的應(yīng)用極其廣泛，45鋼鍛件熱 處理還可以得到進一步的完善。通過對45鋼鍛造和45鋼鍛件鍛后常規(guī)熱處理的研究, 利用所學的金屬學與熱處理相關(guān)知識，通過工藝性分析得出如何在45鋼鍛造結(jié)束吋 利用45鋼的終鍛溫度直接進入熱處理的工藝方法，最后，總結(jié)出45鋼鍛后余熱熱處 理的工藝方案。通過實驗驗證，分析實驗結(jié)果，比較得出45鋼鍛后余熱熱處理的工 藝性能。45鋼鍛后余熱熱處理減少了 45鋼鍛后進行的熱處理工序，降低了 45鋼鍛件 的熱處理成本。在一定程度上，提高了 45鋼鍛件的機械性能，在實際生產(chǎn)中，具有 巨大的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：4

2、5鋼，鍛造，熱處理，余熱熱處理study on heat treatment of waste heat after 45 steel forgingabstract： 45 steel is the most commonly used medium carbon steel, and the application of its forging is very extensive, and 45 steel forging heat treatment can be further improved. through the study of 45 steel forging and 45

3、 steel forgings after conventional heat treatment, the author uses the metal science and heat treatment related, and through the process of analysis of how to draw at the end of the 45 steel forging using 45 steel final forging temperature and then it will directly into the process of heat treatment

4、. finally, this paper summarizes the 45 steel after forging heat treatment process. through the experimental verification, the experimental results are analyzed and the technological properties of the heat treatment after 45 steel forging are obtained. 45 steel after forging heat treatment reduces t

5、he 45 steel forging after the heat treatment process, which reduces the 45 steel forging heat treatment cost. in a certain extent, it improves the mechanical properties of 45 steel forgings, the important is the huge economic benefits in the actual production.keywords: 45 steel, forging, heat treatm

6、ent, waste heat treatment1緒論11.1 關(guān)于45鋼11.2 45鋼的用途21.3 fefe3c相圖22 45鋼的鍛造42.1關(guān)于鍛造42.2 45鋼的鍛造溫度42.3 45鋼的鍛造比53 45鋼的熱處理63.1關(guān)于45鋼的熱處理63.2 45鋼的熱處理規(guī)范63.3 45鋼的熱處理工藝63.3.1 45鋼的退火63.3.2 45鋼的正火73.3.3 45鋼的調(diào)質(zhì)93.4 45鋼的其他熱處理114 45鋼的鍛后余熱熱處理134.1關(guān)于鍛后余熱熱處理134.2 45鋼鍛后余熱正火工藝134.3 45鋼鍛后余熱調(diào)質(zhì)工藝135 實驗155.1 實驗方案155.1.1 實驗目的1

7、55.1.2 實驗設(shè)備及材料155.1.3 實驗內(nèi)容及步驟155.1.4 注意事項165.2實驗數(shù)據(jù)165.2.1 實驗數(shù)據(jù)165.2.2 實驗數(shù)據(jù)分析175.3 實驗結(jié)論186 實例196.1鍛后的停留時間196.2強韌化機理的探討217 總結(jié)24參考文獻25致謝261緒論關(guān)于45中國gb標準鋼號45,也叫“油鋼”。市場現(xiàn)貨熱軋居多；冷軋規(guī)格1.0mm4.0mmz間。熱軋，在再結(jié)晶溫度以上進行的軋制；冷軋，在再結(jié)晶溫度以下進行的軋制。45鋼的成分：主要成分為fe,碳含量為0.42%0.50%,其他元素含量si：0.17%0.37%, mn： 0.50%0.80%, p： <0.035%

8、, s： w0.035%, cr： w0.25%,ni： w0.25%, cu： w0.25%。45鋼的密度為7.85g/cm45鋼的材料性能：主要由塑性、韌性、彈性、剛性、延展性、強度和硬度指標等 來描述。45鋼在外力作用下能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性，表現(xiàn)出材料性能中 的塑性。45鋼的塑性一般，塑性指標主要有沖擊值、斷面收縮率和相對伸長率等。45 鋼的沖擊值為39j； 45的收縮率老標準jb/t 6396-1992用巾表示，新標準jb/t 6396-2006用z表示，單位為, 45鋼的收縮率為40%； 45鋼材料做抗拉實驗，式樣 斷裂后，斷面標距部分增長的長度與式樣初始長度z比，反

9、應(yīng)了材料塑性大小，即為 伸長率，伸長率越大，塑性越大，伸長率用召表示，45鋼伸長率為16 %o45鋼在應(yīng)力的作用下斷裂，在斷裂前承受一定的塑性變形，吸收塑性變形和斷裂 過程中的能量，表現(xiàn)出材料性能中的韌性，45鋼經(jīng)過適當?shù)臒崽幚砗罂梢垣@得一定的 韌性，韌性越好，則發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。45鋼在到達彈性極限之前是具有彈性的，彈性指標用彈性常數(shù)泊松比來反映，45 鋼的泊松比為0.26945鋼可以承受較高的應(yīng)力而不發(fā)生很大的應(yīng)變，表現(xiàn)出材料性能中的剛性，岡ij性 指標由彈性模量e來反映，即應(yīng)力除以應(yīng)變，45鋼的彈性模量為210gpao45鋼在外力作用下可以延伸成細絲或被碾成薄片，表現(xiàn)出材料性能屮

10、的延展性， 45鋼既具有塑性也具有延展性。45鋼的機械部件首先應(yīng)該滿足強度的基本要求，對45鋼而言，常用的強度指標有 屈服強度和抗拉強度，它們都可以通過拉伸試驗進行測出，45鋼的屈服強度應(yīng)大于等 于355mpa,抗拉強度應(yīng)大于等于600mpa才算合格。45鋼在多次交變載荷作用下會產(chǎn)牛破壞，在破壞前的最大應(yīng)力表現(xiàn)出材料性能中 的疲勞強度，應(yīng)盡量不要讓45鋼處于多次交變載荷中，到達疲勞強度會被破壞，造成 損失和危險山。45鋼在不同的狀態(tài)下具有不同的硬度，硬度是比較各種材料軟硬的指標，對于45 鋼而言，常用的硬度指標有布氏硬度hb和洛氏硬度hr,布氏硬度值(hb)單位為 公斤力/mm2(n/mm2)

11、o 45鋼交貨狀態(tài)硬度，熱軋鋼為w229hb退火鋼為w197hb。45 鋼淬火后的硬度極高，不能用布氏硬度來表示，這時就需要用到洛氏硬度，用金剛石 圓錐體壓入45鋼表面，由壓痕的深度求得45鋼的洛氏硬度1.2 45鋼的用途45鋼本身具有一定的硬度，而經(jīng)過不同的熱處理后，還可以擁有不同的硬度和不 同的力學性能和機械性能，因此，45鋼的主要用途是用來制造強度要求較高的零件。 這些零件所用的45鋼經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)處理后基本可以滿足要求。有些零件則要求表 而具有很高的硬度，這就需要45鋼在經(jīng)過一般的正火或調(diào)質(zhì)工序后，還需對45鋼材 料進行表面的熱處理，比如表面的滲碳、滲氮或表面的碳氮共滲等熱處理工序，這

12、樣 就可以得到很高的表面硬度，以滿足零件的需求。45鋼最常用來制造軸類零件。軸類零件的要求多種多樣，根據(jù)軸類零件的結(jié)構(gòu)形 狀、設(shè)計要求、使用條件等，需要對45鋼進行不同的處理及加工。對于軸類零件的 毛坯，一般為棒料，要求也不是很高，只需使用45鋼鍛件即可，即45鋼材經(jīng)過模鍛 或自由鍛后就可以用于軸類零件的制造。根據(jù)后續(xù)的要求，對毛坯進行粗加工后，經(jīng) 過不同的熱處理工序，即可用來制造不同的軸。粗加工后的45鋼毛坯經(jīng)過正火或調(diào) 質(zhì)后，可以獲得較好的切削性能，較高的強度和韌性，再加上本身極好的機械性能， 基本可以滿足不同軸類零件的需求。45鋼的另一個用途是用來做模具焊材，45鋼所針對的模具焊材型號為

13、： cmc-e45, 45鋼焊條是唯一結(jié)合性較好的中硬度剛焊條，可以用于各種模具及各種 板金的修補焊接。1.3 fe-fe3c 相圖碳鋼：含碳量為0.0218%2.11%的鐵碳合金。45鋼作為最常用的中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，也屬于鐵碳合金中的一種，都以鐵和碳為基木組元。研究45鋼，則需研究fe-fe3c相圖，fe-fe3c相圖對45鋼的成分，不同加工條 件、不同熱處理工序后的45鋼成分、組織和性能的研究具有重要的意義。170015381500l+6液相/ 1495l13941300-l+y 、ji5411001148c4.309129001 zt+fe3c（實線） so68 /7+右墨（實線）738a

14、+71227500700s0.77727萊氏體珠光體a+fe3c（實線）q+行墨（實線）fc3c30001.02.03.04.05.06.06.69叱（）fe- fe3c相圖分析：45鋼的液相線溫度在1495°c左右。由fe-fe3c相圖可以確定45鋼的a®約為727°c, 45鋼的ac?約為770°coaci是珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的臨界溫度。ac3是鐵素體完全溶解轉(zhuǎn)變成奧氏體的臨界溫度。對45鋼熱處理的主要研究是研究不同熱處理工序后45鋼的組織成分，即45鋼 不同熱處理后得到的金相組織種類、結(jié)構(gòu)及性能。通過對不同熱處理工序后得到的金 相組織性能的研究，就

15、基本上可以確定45鋼在不同熱處理工序后得到的材料性能和 機械性能。2 45鋼的鍛造2.1關(guān)于鍛造45鋼材用鍛壓機進行鍛造，改善45鋼內(nèi)部組織，提高45鋼的材料性能和機械性 能，是為45鋼的鍛造。通過鍛造得到要求的45鋼零件，消除45鋼在冶煉過程中的產(chǎn)生 的的疏松等缺陷。45鋼礦石經(jīng)過冶煉，煉成鍛坯，然后進行加熱，根據(jù)所需的45鋼零 件用鍛壓機進行鍛造成型，得到所需的形狀，然后進行相應(yīng)的熱處理，正火或調(diào)質(zhì)后 得到所需的硬度和性能，這些就是45鋼鍛件的生產(chǎn)和加工。45鋼的鍛造具有很大的意義，由于45鋼最為常用，而一個國家的鍛件產(chǎn)量乂反映 一個國家的機械生產(chǎn)水品，45鋼的鍛件產(chǎn)量乂占極大部分，45鋼

16、鍛件的數(shù)量和質(zhì)量就 顯得極為重要，而要提高45鋼鍛件的質(zhì)量，45鋼鍛后的熱處理起到極其重要的作用。 對45鋼鍛造后的熱處理研究也就很有必要。2.2 45鋼的鍛造溫度45鋼鍛件開始鍛造時的初始溫就是45鋼的始鍛溫度。45鋼的始鍛溫度太高會使 45鋼內(nèi)部組織融化從而使45鋼失去塑性，而始鍛溫度太低，又不能使45鋼組織反應(yīng) 充分，得不到所需的性能。因此，45鋼的始鍛溫度應(yīng)選擇合適的范圍，既讓45鋼的 鍛造可以順利進行，又可以獲得所需要的45鋼鍛后產(chǎn)品。45鋼在始鍛溫度下應(yīng)進行 一定的保溫時間，使45鋼鍛坯的溫度均勻，這樣有利于45鋼內(nèi)部的組織充分反應(yīng)， 45鍛造后就可以有很好的塑性提升，可以提高45

17、鋼鍛件的質(zhì)量。45鋼鍛件停止鍛造的溫度就是45鋼的終鍛溫度。終鍛溫度的高低與鍛造材料有 關(guān)，不同的材料終鍛溫度不一樣，終鍛溫度也跟鍛造工藝有關(guān)，不同的鍛造工藝和鍛 造要求的終鍛溫度也不一樣。45鋼在終鍛結(jié)束后，可以獲得45鋼鍛造后的內(nèi)部再結(jié) 晶組織，有利于提高45鋼鍛件的塑性，使鍛后的粗加工變得簡單有效。終鍛溫度注意：終鍛溫度以下鍛造，易產(chǎn)牛冷作硬化，使坯料表面的硬度增大， 繼續(xù)鍛造會引起裂紋甚至斷裂。一些復雜的鍛造工藝如果鍛造溫度過低，影響鍛件質(zhì) 量，增加牛產(chǎn)的不安全性。45鋼的鍛造溫度范圍應(yīng)該盡可能得寬一些，可以減少45鋼鍛造的次數(shù)，可以盡 快得得到所需的45鋼鍛件，這樣就提高了 45鋼鍛

18、件的牛產(chǎn)率，對工業(yè)的發(fā)展也具有 極大的意義。由fe-fe3c相圖可以確定始鍛溫度、終鍛溫度和鍛造溫度范圍。碳鋼的鍛造溫度 范圍為750°c1250°c。45鋼的始鍛溫度范圍：1150°c1200°c45鋼的終鍛溫度范圍：800°c-850°c那么45鋼鍛造的溫度范圍就為800°c1200c, 般情況下，在此溫度范圍內(nèi)進 行鍛造即可以得到所需的，符合性能要求的45鋼鍛件。45鋼的加熱溫度范圍：1190°c1230°c,保溫時間：0.250.7min mm"。2.3 45鋼的鍛造比45鋼在鍛造吋進行

19、變形，鍛坯有不同的鍛造方式，一般情況下，45鋼的鍛坯要 么“變細”，要么“變粗”，即45鋼的鍛造過程要么是拉拔，要么是徹粗，拉拔和徹 粗的鍛造比的計算方法不相同，45鋼拉拔時鍛造比為45鋼鍛坯的橫截面積比上45 鋼鍛后鍛件的橫截面積；而45鋼徹粗時的鍛造比為45鋼鍛后的橫截面積比上45鋼 鍛前的橫截面積。簡單地說，都是大的橫截面積比上小的橫截面積的比值，具體為：45鋼拉拔時的鍛造比y=f/fn，式中：y鍛造比：f45鋼鍛坯的橫截面積；fn -45鋼鍛件的橫截面積?？傚懺毂鹊扔诟骰鸫蔚姆皱懺毂戎e：y 總二 fo/fi fi/f2fn.i/fn=yi y2 y3%。45鋼徹粗吋的鍛造比y=f/f

20、”式中：f坯料徹粗后的橫截面積；fn45鋼鍛 坯的橫截面積。鍛造比對鋼錠組織的破碎和力學性能的改善：鍛造比為1.53吋，組織的破碎和 性能的改善顯著；鍛造比為46吋，變化趨于緩和；鍛造比大于6吋，基本不再變 化。鍛造比對晶粒度的影響：對晶粒度的細化顯著，隨著鍛造比的增加，晶粒不斷變 細，鍛造比大于6時基本不再細化。45鋼最好性能的鍛造比為1.53。在此區(qū)間，45鋼的塑性增加顯著，強度基本不變。3 45鋼的熱處理3.1關(guān)于45鋼的熱處理45鋼在不同的溫度范圍內(nèi)進行加熱，加熱到所要求的溫度后進行保溫或不保溫， 然后以不同的速度在不同的介質(zhì)中進行冷卻，這就是45鋼的熱處理。45鋼的熱處理可以改變45

21、鋼的內(nèi)部組織或表面組織，可以顯著提高45鋼的力學性 能。對于45鋼鍛件進行熱處理則可以有效的去除45鋼在鍛造過程中造成的組織不均 勻、鍛后殘余的內(nèi)應(yīng)力等缺陷，使45鋼鍛件的性能符合零件要求。45鋼的熱處理工藝與其它碳鋼的基本差不多，正火、退火和調(diào)質(zhì)處理。3.2 45鋼的熱處理規(guī)范冷壓毛胚軟化處理規(guī)范：溫度740°c-760°c,保溫時間46h,以50100°c/h的 冷速，隨爐降至溫度w600°c,出爐空冷，處理前硬度w197hbs,處理后硬度w 156hbso正火規(guī)范：正火溫度850°c-870°c,正火后硬度170-217hbso

22、調(diào)質(zhì)處理規(guī)范：淬火溫度840±10°c,水冷淬火；回火溫度600±10°c,出爐空 冷。gb/t699-1999標準規(guī)定的45鋼推薦熱處理溫度為850°c正火、840°c淬火、600°c 回火。gb/t699-1999標準規(guī)定45鋼抗拉強度o &600mpa,屈服強度。s$355mpa,伸 長率8 >16%,斷面收縮率山40%,沖擊功ak為39j。3.3 45鋼的熱處理工藝3.3.1 45鋼的退火45鋼加熱到45鋼的ac3溫度以上30°c50°c,即770°c+30°c5

23、0°c以上，一般 在820°c840°c,然后進行一定時間的保溫后，隨爐冷卻到一定的溫度，然后進行空 冷，這些就是45鋼的退火工藝。45鋼退火工藝一般為45鋼的完全退火。由于45鋼 的退火是隨爐冷卻，所以它的冷卻速度較慢。45鋼進過退火工藝，可以使45鋼內(nèi)部的組織成分變得均勻，使45鋼零件更好地 成型，并j4使45鋼零件更高的切削，提高了 45鋼的力學性能和加工性能。45鋼的退火：溫度820°c840°c,速度150200,保溫lh/20mm （工件厚度）， 隨爐冷卻至600°c以下，然后出爐空冷，得到的內(nèi)部組織為珠光體和鐵素體。其組

24、織為鐵素體和珠光體，其中60%左右黑色組織為珠光體、40%左右白色為鐵 素體。由于珠光體和鐵素體的韌性和塑性都不錯，珠光體的強度比鐵素體高，它們的硬 度都差不多，基本適中，可以推斷岀45鋼經(jīng)過退火處理后，由于同時具有珠光體和 鐵素體，那么它的韌性和塑性也不錯，退火后的45鋼硬度也不會太高，強度則比鐵 素體的高，但低于正火處理后的強度。3.3.2 45鋼的正火45鋼加熱到45鋼的acs溫度以上30°c50°c,即770°c+30°c50°c以上，一般 比退火時加熱的溫度要高，一般為850°c870°c,然后進行一定時間的保溫，

25、最后出 爐空冷，這就是45鋼的正火工藝。45鋼正火工藝的冷卻速度要比45鋼退火的冷卻速 度快，這樣它們得到的最終組織是不一樣的。45鋼的正火工藝也可以很好地改善45鋼內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，并且效果一般比退火 的好。在有些情況下，45鋼正火后即可交貨，相比退火來說，由于少了隨爐冷卻的過 程，45鋼的正火工藝極大地降低了消耗，而且45鋼經(jīng)正火工藝處理后，得到的性能 也很好，甚至比經(jīng)過退火工藝處理的還好，所以，在滿足零件各種條件的情況下，45 鋼的正火工藝完全可以取代45鋼的退火工藝，還節(jié)約了成木。45鋼的正火：加熱溫度850°c870°c,保溫46h,以50°c100

26、76;c/h冷卻?？绽? 硬度170217hbs,得到的組織主要為珠光體。組織中鐵素體和珠光體都細而均勻。由于45鋼進過正火工藝處理后得到的組織主要為珠光體，那么根據(jù)珠光體的性 能，就可以很好地推斷出45鋼經(jīng)正火工藝處理后的性能。相比于退火后的45鋼，正 火后的45鋼塑性和韌性也很好，硬度與退火后的差不多，但強度就要比退火后的高, 對于高強度要求的零件來說，正火處理明顯的更好一些。3.3.3 45鋼的調(diào)質(zhì)45鋼一般是在止火和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，45鋼的調(diào)質(zhì)工藝和其他碳鋼一樣，也包 括淬火和回火，但不同的是，45鋼經(jīng)淬火后一般進行的是高溫回火，所以，45鋼的 調(diào)質(zhì)工藝即為45鋼的淬火和45鋼的高溫回

27、火。45鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)工藝處理后，綜合機械性能得到很大提升，一般情況下，45鋼的 調(diào)質(zhì)工藝可作為45鋼的最終熱處理工序，45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)工藝的處理后，即可交貨，基 本滿足不同種類的零件對45鋼不同性能的要求。45鋼的調(diào)質(zhì)工藝在45鋼的熱處理中 應(yīng)用最為廣泛，在45鋼經(jīng)止火處理不能滿足工藝要求時，對45鋼進行調(diào)質(zhì)處理就可 以達到需求。同45鋼的退火和正火一樣，一般情況下，45鋼的淬火也需加熱到45鋼的acs 溫度以上30°c50°c,即770°c+30°c50°c以上，一般為830°c850°c,然后進行 一段稍短時間的保溫或不保溫，

28、只需要使45鋼內(nèi)外的溫度基本一樣，就可以將45鋼 在10%的nacl水溶液中進行淬冷，這就是45鋼的淬火工藝。45鋼淬火時的淬火介質(zhì)選用10%的nacl水溶液是因為10%的nacl水溶液要比 自來水的冷卻速度快得多，一般在2倍以上，這樣10%的nacl水溶液的冷卻能力也 就比自來水的高的多，一般在10倍以上。極大地提升了 45鋼淬火后的得到的組織性 能。由于45鋼最大的缺點是淬透性差，那么45鋼在淬火時不僅不容易淬透，還會有 開裂的傾向，這就不僅需要用10%的nacl水溶液來進行淬火，還需在淬火時需要將 工件進行攪動，使45鋼冷卻均勻。45鋼的淬火：溫度830°c850°c

29、,待45鋼的內(nèi)外溫度基本一樣后，在10%的 nacl水溶液進行淬冷，硬度hrc5659,得到的組織為馬氏體。由于馬氏體的主要的性質(zhì)是具有極高的硬度的強度，那么，根據(jù)馬氏體的性質(zhì)就 可以推斷出45鋼淬火后也具有很高的強度和硬度，由于45鋼淬透性差，那么有些就 會出現(xiàn)淬透層，45鋼的心部不一定能夠淬透。45鋼淬火后由于硬度極高，是無法進 行加工的，再加上45鋼在淬火時形狀變形，就不可避免得出現(xiàn)了內(nèi)應(yīng)力，這是極其 不利的。這就需要45鋼在淬火后及時進行高溫回火，一般來說，只要是黑色金屬， 在進行淬火工藝之后，都需進行回火工藝。45鋼的高溫回火需要將45鋼加熱到560°c600°c

30、,然后進行一定時間的的保溫, 保溫時間的長短取決于將45鋼回透所需的時間，一般在lh以上，回透后就可以岀爐 冷卻，由于保溫時間的長短對45鋼回火后性能的影響不大，所以只需回透即可，以 節(jié)約成本，這些就是45鋼的高溫回火工藝。45鋼的高溫回火的目的自然是降低45鋼淬火后的硬度，以便于對45鋼進行下一 步的機械加工，同時去除45鋼淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，極大地提高45鋼的綜合性能。45鋼的高溫回火：溫度560°c600°c,回透后空冷，得到的組織為回火索氏體叫由于45鋼回火后的組織為回火索氏體，根據(jù)回火索氏體具有良好的塑性和韌性, 具有較高的強度和硬度，可以推斷出45鋼經(jīng)高溫回火后

31、也具有很好的塑性和韌性, 同時還具有較高的強度和硬度，綜合力學性能得到了極大的提升。基本滿足45鋼不 同機械零件的不同需求，滿足各種生產(chǎn)工藝要求。3.4 45鋼的其他熱處理45鋼的表面淬火45鋼的表面淬火同45鋼的淬火一樣，將45鋼加熱到淬火溫度，不同的是不需要 進行任何保溫，甚至不需要使45鋼的內(nèi)外溫度一樣，立即進行水冷淬冷，這樣就可 以使45鋼的表面達到很高的破度，而除了表面之外，內(nèi)部卻還具有很好的塑性和韌 性。采用表面淬火工藝可以達到這種表碩心韌的性能要求。45鋼的化學熱處理鋼的化學熱處理一般有滲碳、滲氮和碳氮共滲等。45鋼作為中碳鋼，含碳量已經(jīng)不低，一般不做滲碳處理。如果確實需要對45

32、鋼 進行滲碳處理，滲碳處理方法基本和低碳鋼一樣，將45鋼放在滲碳介質(zhì)中，然后在 900°c950°c進行加熱保溫，使活性炭原子滲入45鋼的表面，獲得一定的滲碳層。 可以極大得提高45鋼的硬度，多用于45鋼齒輪和一些45鋼軸。45鋼的滲氮處理則是在45鋼表面滲入氮元素，形成富氮硬化層兇，和45鋼的滲 碳相比，45鋼在滲氮后會獲得比45鋼滲碳層更高的硬度，同時還會獲得更高的表面 耐磨性，硬度甚至可以達到6572hrc。一般多用于45鋼的精密齒輪和45鋼的磨床 軸等。45鋼的碳氮共滲則是在45鋼表面同時滲入碳元素和氮元素，具體處理方法是將 45鋼放入密封爐中，然后向爐內(nèi)通入滲碳氣

33、體和氨氣，然后進行加熱保溫，形成碳氮 共滲層。由于是碳和氮同時滲入，可以很好地推斷出45鋼經(jīng)過碳氮共滲后的性能應(yīng) 該介于45鋼滲碳和45鋼滲氮之間，應(yīng)該具有比45鋼滲氮件高的硬度和表面耐磨性, 低于45鋼滲氮件，但是還會獲得很好地韌性，同時45鋼碳氮共滲后的耐腐蝕性也得 到顯著提高。主要用于45鋼模具和一些45鋼軸等。4 45鋼的鍛后余熱熱處理4.1關(guān)于鍛后余熱熱處理鍛后余熱熱處理：鍛件通過熱鍛成型后，直接進入熱處理工序的工藝方法。鍛后余熱熱處理，減少了鍛后進行的熱處理工序，降低鍛件的熱處理成本，在一 定程度上，提高鍛件的機械性能，細化鍛件的晶相組織。45鋼的鍛后余熱熱處理就是將45鋼在鍛機上

34、鍛造成型后，在終鍛溫度下直接進行 45鋼的熱處理，而不是在鍛件冷卻后再進行常規(guī)的熱處理工序。由于45鋼通常是在正 火和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，而一般情況下，45鋼的正火可以取代45鋼的退火，所以，45鋼 的鍛后余熱熱處理也應(yīng)該分為45鋼鍛后余熱正火處理和45鋼鍛后余熱調(diào)質(zhì)處理。4.2 45鋼鍛后余熱正火工藝45鋼的鍛后余熱正火就是45鋼在鍛造成型完成后，對鍛件進行一定溫度的保溫 處理，然后空冷，完成“正火”的工序。如果45鋼的鍛后溫度高于45鋼的正火溫度, 其實可以直接在正火溫度下進行一定時間的保溫，然后出爐空冷；而如果45鋼的鍛 后溫度低于45鋼的正火溫度，則需對45鋼鍛件進行加熱后在進行保溫，然后

35、出爐空 冷。45剛鍛后余熱正火處理后得到的組織與45鋼正火處理后的組織基本一樣，性能 也相差不多，甚至在某些方面的性能優(yōu)于45鋼常規(guī)正火的性能，說明45鋼鍛后余熱 正火可以取代45鋼的鍛后正火。同時由于利用了 45鋼終鍛時的溫度進行正火，減少 了 45鋼鍛后再進行的正火工序，降低了 45鋼鍛件正火的成本，可以很好地利用在大 批量45鋼正火鍛件的生產(chǎn)上，具有很好的經(jīng)濟效益。4.3 45鋼鍛后余熱調(diào)質(zhì)工藝45鋼的鍛后余熱調(diào)質(zhì)就是45鋼在鍛造成型完成后，在終鍛溫度下進行45鋼的淬 火，然后再進行45鋼的高溫回火，這些就是45鋼鍛后余熱調(diào)質(zhì)工藝，分為45鋼的 鍛后余熱淬火和45鋼的高溫回火。45鋼鍛后

36、余熱淬火是45鋼在鍛造成型完成后，在45鋼終鍛溫度下直接將45鋼 鍛件在10%的nacl水溶液中進行淬冷，得到與45鋼鍛件在鍛造完成后空冷，然后加 熱到45鋼淬火溫度再進行淬火相似的組織，由于45鋼鍛件在鍛后的組織不是很均勻, 45鋼鍛后余熱淬火后得到的組織雖然改善了組織的均勻度，也并不能完全達到與45 鋼鍛件的淬火組織均勻度完全一樣。但是，45鋼鍛后余熱淬火得到的組織相比于45鋼鍛件鍛后淬火得到的組織力學 性能要好的多，表現(xiàn)在45鋼鍛后余熱淬火的組織的韌性要比45鋼鍛后淬火的組織的 韌性要好，韌性提高在20%30%； 45鋼鍛后余熱淬火的組織的硬度、強度和伸長率 相比于45鋼斷后淬火組織也要

37、提高在10%左右。45鋼鍛后余熱淬火工藝省去了 45鋼鍛件在冷卻后再進行加熱的工序，極大的節(jié) 約了 45鋼鍛后淬火的成木，并且提高了 45鋼鍛件淬火后的力學性能，相應(yīng)的也節(jié)約 了 45鋼材的用量。當然，由于45鋼鍛后余熱淬火組織性能得到了提升，硬度提高使 得加工變得更為困難，所以必須再進行45鋼鍛后余熱淬火后的高溫回火。45鋼鍛后余熱淬火后的高溫回火與45鋼鍛件的高溫回火一樣，加熱到560°c 600°c,回透后進行空冷切。但45鋼鍛后余熱淬火后的高溫回火的主要目的是極大的 降低45鋼鍛后余熱淬火組織的硬度，以便于進行下一步的機械加工；同時極大的均 勻45鋼鍛后余熱淬火組織

38、，使其均勻度與45鋼鍛后淬火的均勻度基木一致，使45 鋼鍛后余熱淬火后再高溫回火的組織性能均勻，機械加工性能得到很好地改善，達到 45鋼鍛件熱處理后的零件對各種性能的要求，完成零件的牛產(chǎn)，達到交貨的要求進行 交貨。由于45鋼鍛后余熱調(diào)質(zhì)工藝具有如此多的優(yōu)點，并且不影響之后的機械加工， 所以45鋼鍛后余熱調(diào)質(zhì)工藝可以取代45鋼鍛后調(diào)質(zhì)工藝，可以在生產(chǎn)上得到很好的 推廣，并獲得可觀的經(jīng)濟效益。5實驗5.1實驗方案5.1.1實驗目的根據(jù)以上的研究，可以確定本次實驗的主要目的是比較45鋼鍛后余熱正火得到的 鍛件與45鋼鍛后正火得到的鍛件的金相組織、力學性能和機械性能是否和所研究的一 致；比較45鋼鍛后

39、余熱調(diào)質(zhì)后得到的鍛件的金相組織、力學性能和機械性能與45鋼鍛 后調(diào)質(zhì)得到的鍛件與所研究的是否能一樣。即驗證以上的研究是否正確與準確，并得 到相關(guān)的結(jié)論，確認相關(guān)的45鋼鍛后余熱熱處理工藝。5.1.2實驗設(shè)備及材料實驗材料：30mm的45鋼圓柱棒料鍛坯實驗設(shè)備鍛錘：對45鋼鍛坯進行鍛造紅外線測溫儀：測量鍛造時的溫度，以確定45鋼的始鍛溫度和終鍛溫度各式加熱爐：對45鋼鍛件進行熱處理冷卻介質(zhì)槽：裝10%的nacl水溶液光學顯微鏡：觀察不同熱處理后的金相組織拉伸壓力機：對實驗材料做拉伸試驗，以便測得拉伸強度和屈服強度沖擊試驗機：對實驗材料做沖擊試驗，以便測得材料的沖擊值布氏硬度計：測45鋼鍛件正火和

40、回火后的硬度洛氏硬度計：測45鋼鍛件淬火后的硬度513實驗內(nèi)容及步驟根據(jù)45鋼鍛造比的研究，將30mm的45鋼圓柱棒料鍛坯鍛成10mm,長 lloomm的圓柱形鍛件，鍛造比為2.25,在45鋼最好性能鍛造比范圍之間。至少鍛4組鍛件，以便分別做不同的熱處理實驗第一組鍛件，鍛成后空冷，然后進行45鋼鍛后正火實驗，將其放在加熱爐中加熱 到850°c,保溫30min,出爐空冷到室溫，觀察其金相組織，用布氏硬度計測定硬度， 最后做拉伸試驗和沖擊試驗。第二組鍛件，鍛成后肓接將其放在加熱爐中進行850°c的保溫，保溫20min后，出 爐空冷到室溫，然后進行與第一根鍛件相同的實驗。第三組鍛

41、件，鍛成后空冷，然后進行45鋼鍛后淬火實驗，將其放在加熱爐中加熱 至ij84o°c,在10%的nacl水溶液中淬冷，觀察其金相組織，用洛氏硬度計測定其硬度。第四組鍛件，鍛成后直接在在10%的nacl水溶液中淬冷，然后進行與第三根鍛 件相同的試驗。最后將第三組和第四組鍛件進行45鋼的高溫回火實驗，將它們放在加熱爐中加熱 到600°c,保溫40min后，出爐空冷到室溫，觀察它們的金相組織，用布氏硬度計測定 它們的硬度，最后做拉伸試驗和沖擊試驗。5.l4注意事項由于45鋼的鍛造、45鋼鍛后熱處理實驗和45鋼鍛后余熱熱處理實驗都是在較高的 溫度下進行，需要注意的最垂要的一點就是防范

42、高溫的損傷。其他需要注意的事項就 是普通熱處理時需要注意的那些以及各種儀器使用時需要注意的使用規(guī)范。5.2實驗數(shù)據(jù)5.2.1實驗數(shù)據(jù)第一組（45鋼鍛后正火）數(shù)據(jù):硬度/hb抗拉強度。b/mpa屈服強度。s/mpa213267653698454483伸長率6/%斷面收縮率3/%沖擊值ak/j23.351.039.7第二組（45鋼鍛后余熱正火）數(shù)據(jù):硬度/hb抗拉強度。b/mpa屈服強度。s/mpa224295677723499524伸長率6/%斷面收縮率3/%沖擊值ak/j23.650.839.3第三組（45鋼鍛后調(diào)質(zhì)）數(shù)據(jù):淬火硬度/hrc回火硬度/hb抗拉強度。b/mpa屈服強度o s/mp

43、a52 56229237735778635660伸長率§/%斷面收縮率w/%沖擊值ak/j19.760.341第四組（45鋼鍛后余熱調(diào)質(zhì)）數(shù)據(jù):淬火硬度/hrc回火硬度/hb抗拉強度o b/mpa屈服強度o s/mpa56-58234237763-812657698伸長率8 /%斷面收縮率/%沖擊值aj20.461.642522實驗數(shù)據(jù)分析鍛造加熱溫度試驗中，不同鍛造加熱溫度對鍛熱淬火（并在600°c冋火）后對強度的影響不同。 試驗表明，鍛造加熱溫度1150°c1250°c,其至到1300°c,強度值變化并不大。文獻指出，45鋼加熱吋晶粒度的變

44、化，從950°c1050°c有一個臨界值，v950°c 時，晶粒大小變化不大，950°c1050°c晶粒急劇長大，而1050°c后晶粒長人的趨 勢緩和。從熱處理考慮，希望鍛造加熱溫度低一些（熱處理最佳溫度在900°c以下），可以 獲得較細的奧氏體晶粒。但從鍛造考慮，望鍛造溫度高一些，易于變形（最佳鍛造加熱 溫度在1150°c以上）。當高溫形變強化與熱處理強化相結(jié)合時，鍛造加熱溫度雖然高 一些，但對機械性能的影響并不十分明顯。因此，應(yīng)用鍛熱淬火工藝時采用生產(chǎn)中實 際鍛造加熱溫度1150°c1250°

45、;c是可行的。在900°c1150°c范圍加熱，從鍛造、熱 處理考慮均不合適。鍛造（始鍛終鍛）溫度及變形量文獻提供了形變溫度及變形量對45鋼鍛熱淬火后機械性能的影響?？梢?，提高 形變溫度，將減少形變強化效果。形變強化效果并非隨形變量的增加單調(diào)上升，而是 達到一定形變量后，強化效果反而有些下降。形變溫度為1000°c時最明顯口叭 這與 形變過程中及形變后高溫停留時的去強化效應(yīng)有關(guān)。形變量較大時，強化效應(yīng)雖較高, 但去強效應(yīng)也較快，如果去強效應(yīng)的增加大于強化效應(yīng)的增加，必然導致最終強化效 果下降。但當形變量控制在合適的范圍（一般在20%40%）,從圖3可以看出，鍛 熱

46、悴火的機械性能，并不低于普通淬火的機械性能。實際生產(chǎn)中，大部分零件的形變 量均接近最佳變形量范圍，停鍛溫度控制在900°c1000°c,鍛熱淬火后都可獲得比 普通淬火好的機械性能。5.3實驗結(jié)論通過試驗，結(jié)合有關(guān)資料介紹，認為目前國內(nèi)一般工廠45鋼模鍛（鍛造加熱 u50°c1250°c,終鍛溫度950°c1050°c）,完全可以采用鍛熱淬火工藝。鍛后停留 時間，除了注意去強效應(yīng):外，還應(yīng)特別注意，由于小件冷卻速度快，容易出現(xiàn)鐵素體 組織，降低強韌化效果。高溫形變強化理論同樣適用于鍛熱悴火。但由于高溫加熱，奧氏體穩(wěn)定區(qū)的高溫 變形和停留

47、吋間較長（實際生產(chǎn)的可能），而造成去強作用。因此，鍛熱淬火機理又有 所不同，其強韌化還應(yīng)以粗晶提高淬透性，獲得較多的位錯板條馬氏體以及細微結(jié)構(gòu) 的碳化物來進一步進行解析。通過對實驗數(shù)據(jù)的對比，可以驗證先前研究的45鋼鍛后余熱熱處理的正確性， 并得出45鋼鍛后余熱熱處理的工藝方案。6實例廣東機械學院的李運松做過45鋼變速桿的鍛熱淬火工藝的研究。試驗中的變速桿材料為45鋼，整體調(diào)質(zhì)處理硬度要求hb229269,小頭高頻淬 火，硬化層深度14mm,硬度不小于hrc51。牛產(chǎn)工藝過程為:下料一鍛造一調(diào)質(zhì)（預先熱處理）一機加工一小端高頻淬火并自 行回火一檢驗。其調(diào)質(zhì)的淬火加熱，是利用模鍛一切邊（并同時整

48、形）后的余熱控制淬 火。6.1鍛后的停時間45鋼鍛熱淬火曲軸的機械性能000鍛熱淬火部分x x x普通悴火擾熱淬火非硬化部分在試驗中，變速桿經(jīng)鍛后（為了控制模鍛后停留時間，考慮切邊對試驗影響不大而 省掉此工序），停留不同時間淬入25°c水中，再經(jīng)580°cx90min回火。鍛后停留時間 對機械性能的影響?？梢姡Ａ?0 s尚能得到滿意的效果，如果停留至40 s,工件表 面溫度己太低，淬火后性能明顯降低。文獻報導了 s43c中碳鋼曲軸的鍛熱淬火工藝 及其效果。曲軸軸頸為* 66mm（重20kg）,毛坯加熱至1250°c,在6000 t壓力機流水 線上鍛壓成形，停留l

49、min后淬入水中，經(jīng)500560°c回火。鍛熱淬火曲軸的機械性能 仍高于普通淬火曲軸。45鋼鍛熱淬火，停留時間對硬度的影響19009. 48% 21cjglc» 51%|812000 60%. 41200'c, 70%.文獻還指出，當停留時間過長，工件表面溫度過低，以致有鐵素體析出時，鍛熱 淬火后性能將大大降低，不同溫度鍛造停留不同時間對硬度的影響不同，其中1o5o°c 鍛造、變形51%的情況是接近牛產(chǎn)實際和木次試驗的。實際生產(chǎn)也只能控制在較長時 間，因為鍛后還需切邊、整形，而鍛造溫度過高或過低隨著停留時間延長，對性能的 影響均較大。我們認為，如變速桿這樣

50、的小件，停留30 s以內(nèi)，大件最多不超得過 60s,而且還應(yīng)注意工件表面溫度，否則，出現(xiàn)鐵素體而降低性能。6.2強韌化機理的探討» 3 45鋼變建桿鋰熱淬火與淬火熱處attjr的比絵火8809加熱）捽入25p水申.58otj0 火鉉熱釋火簾后9009癢入60'c汕中，58c回火90ai口館辰900°c淬入25°c水中.580*60 火 90mla1換說度(mm >:65.522姐織狀”（針狀七板條狀m（林狀板條狀）品紀度6723：2 3it 1rx1n火(hrc)52 56545656 58m火chb)237229 1237234269273機械性竹(kgf/mm2>8482.592584八85畀868j(kpf/mm1)6663.577.87178 79(%)242322>5(%)594248引(kgf m/cro2)1210<5111010.51!12.7109.3捽硬足由工件0（5mm喲褂變速桿進行鍛熱淬火試驗，與普通淬火工藝相比，雖然晶粒粗大一些，但由于悴 透性提高很多（約34倍），淬火組織中獲得了較多的板條馬氏體，強度得到一定的提 高，韌性可保持在原有水平或稍有改善，h回火穩(wěn)定性有明顯提高。近來的研究證明，高溫形變淬火能減少李晶馬氏體量，并能使馬氏體片內(nèi)的亞晶 （位錯胞狀組織）數(shù)量