45钢热处理工艺的制订

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在众多牌号的结构钢中，45钢使用的最广泛，尤其是在五金行业中，45钢制构件更多。该钢是一种优质碳索结构钢，可进行各种热处理，它不仅可做结构件，还可做工具。多年来，这一钢种虽然已积累有丰富的生产与应用的经验，但在生产实际中，仍会出现许多使用不当之处，结果设有充分发挥该钢所具有的性能潜力，造成大量浪费。其中，因热处理工艺的制订及操作不合理而引起工件开裂是一种常见现象。 1.轧尖机轧辊的淬裂分析 在金属丝加工过程中，轧尖机是必不可少的辅助机械，而机上的轧辊是一关键部件。由于45钢是最常用的普通碳索钢，热处理工艺简单，在热处理过程中未能引起重视，结果在一次生产中造成数根轧辊淬火开裂，裂纹出现的部位是在轧辊的螺纹齿根部。 对开裂的轧辊进行现场调查发现，轧辊在淬火加热前未经过充分的预热就直接放入840℃的箱式电阻炉中加热40min，然后放入盐水中冷却。用铁锤对轧辊开裂部位轻轻一敲，沿着螺纹齿边就被敲掉一块。 对从轧辊上开裂掉下的断块的断面观察发现，断面显灰亮色，断口晶粒粗大。用S-570型扫描电镜对断口进行观察发现：显露出清晰的晶界二次裂纹，有被拉长的晶界或撕裂棱，还有被拉长的夹杂物夹层。 在断块上切取15mm×15mm金相试样，将断面作为观测面，在PME型金相显微镜上作金相组织分析，发现淬火组织粗大，有羽毛状上贝氏体组织出现。 45钢经840℃加热淬火的正常组织应为较细的淬火马氏体，但是由于45钢的淬透性较差，轧辊的截面积叉较大，故获得混合组织。经比较，轧辊的金相组织属于异常组织。 经上述检测及对检测结果的分析，不难得出如下结论，造成轧辊淬火开裂的原因主要有：淬火加热时有“过热”现象产生；淬火剂选择不当、冷却速度不均匀；淬火时未考虑到零件的形状，产生明显的淬火应力集中区。 对热处理车间实际生产情况进一步调查发现，淬火加热炉的炉温仪表长期不校检，仪表所指的温度与炉内实际温度偏差较大，即仪表所示温度为840℃，工件的实际温度为880℃，已经产生“过热”现象，它使正常的细晶粒钢粗化，它比细晶粒钢对淬火开裂更加敏感。车间里所用的淬火水槽内的淬火剂长期不更换，里面所装的盐水成分已无法确定，由此造成各点处的冷却能力不可能一致。众所周知，淬火冷却是淬火工艺中重要环节，它应保证钢件在冷却时得到马氏体。45钢的淬透性差，淬火冷却介质的使用显得更加重要。淬火冷却介质的冷却速度不仅要使工件的冷却速度大于钢的临界淬火速度，淬火冷却介质的冷却能力还要保证工件各点处的冷却温度相一致。因为工件在冷却时，它的表里及各部位存在的温度差过大的话，造成热胀冷缩不一致而产生热应力。另外，奥氏体转变产物的比容不同，也会造成组织应力，热应力与组织应力的叠加就会在钢中产生内应力。在机械加工过程中，轧辊表面螺纹槽根部会发生较大的机械应力，该部位在热处理过程中成为内应力最集中的地方。当内应力增大时，将使轧辊弯曲变形，而内应力大于断裂极限时，就会沿螺纹槽根部开裂。 针对上述分析，采取了以下措施，从而避免了轧辊再次发生淬火开裂现象。这些措施包括： (1)轧辊经机械加工成型后，在400℃的箱式电阻炉中加热保温2h，目的是及时消除机械加工应力。 (2)对炉温仪表进行了重新校对，使实际淬火加热温度控制在(840±5)℃范围内，严防过热现象的产生，因为过热组织的产生是引起淬火开裂的重要原因。 (3)重新配制了淬火冷却用的盐水，并且采取了水、油混合冷却法。因为水在Ms点附近温度冷却太快，而油比水慢。 2.提高45钢工件使用寿命的措施 影响材料使用性能及寿命的因素有化学成分、工艺参数、组织结构以及服役条件。就45钢的化学成分而言，虽然很简单，但若忽视，必然会影响它的热处理性能及使用性能。例如目前所述的轧辊原材料中就含有夹杂物，冶金质量较差，用这种材料制造一般的五金机械结构件可以，但用来制造类似轧辊这样的工具，使用寿命不会长的。45钢的化学成分有一个允许范围，研究表明，45钢的化学成分适当控制在中上限可获得较高的机械性能，接近或达到50钢或45Mn钢的性能水平。 45钢的主要化学成分是碳，而国产45钢的同批材料含碳量变化幅度大，这样会在相同的热处理工艺条件下，含碳量高的工件会过热、开裂，而含碳量低的，硬度偏低。降低淬火温度，采用亚温淬火法是防止45钢淬火开裂的一种简单有效的方法。 对于尺寸较大的工件，需要将原材料锻造改形时，可以采用高温形变淬火法。该法是将工件毛坯加热至稳定奥氏体区域，保持适当时间后，在再结晶温度以上进行形变并淬火的复台处理工艺。值得注意的是，45钢形变奥氏体晶界和高温淬火奥氏体品界的化学成分存在明显差别，在高温淬火的原始奥氏体晶界上有S、Si元素的富集，形变淬火后其杂质元素比较均匀地分布在奥氏体中。故可认为，晶界的净化是高温形变热能获得强韧化重要原因之一。 对较长的圆柱形工件淬火时，一般采用感应加热淬火法。该法时常也会出现淬火开裂现象。淬裂主要原因是：凸轮和桃尖截面尺寸变化过大，加热时在桃尖方向上易产生应力集中；碳含量超过45钢上限，感应加热时，随含碳量的增加淬裂倾向性增大；机械加工时产生的加工应力在淬火加热前未被消除。改进措施：把含碳量控制在0.43%—0.48%内；毛坯件经正火处理，晶粒度控制在6—8级；冷加工后，加一道550℃加热2h去应力退火。(图/文www.wxlgjx.cn)

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