45钢加工工艺路线及热处理工艺
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发布时间：2022-09-15 14:19
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时间：2023-10-04 00:53
45钢加工工艺路线
1、45号钢的调质
45号钢是中碳结构钢，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号钢淬火温度在A3(自奥氏体开始析出铁素体，即r-Fe→a-Fe的开始线910°C-700°)C+(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，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。
因为45号钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。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号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，达不到调质的目的。
45号钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560~600℃，硬度要求为HRC22~34。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高;而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。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、40Cr钢的调质处理
Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。
40Cr工件调质的淬回火，各种参数工艺卡片都有规定，我们在实际操作中体会是：
(一)40Cr工件淬火后应采用油冷，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。但是小型企业在供油紧张的情况下，对形状不复杂的工件，可以在水中淬火，并未发现开裂，只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。
(二)40Cr工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加20~50℃，不然，硬度降低困难。
(三)40Cr工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件，必要时再施以消除应力处理。
影响调质工件的质量，操作工的水平是个重要因素，同时，还有设备、材料和调质前加工等多方面的原因，我们认为：
(一)工件从加热炉转移到冷却槽速度缓慢，工件入水的温度已降到低于Ar3临界点，产生部分分解，工件得到不完全淬火组织，达不到硬度要求。所以小零件冷却液要讲究速度，大工件予冷要掌握时间。
(二)工件装炉量要合理，以1~2层为宜，工件相互重叠造成加热不均匀，导致硬度不匀。
(三)工件入水排列应保持一定距离，过密使工件近处蒸气膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。
(四)开炉淬火，不能一口气淬完，应视炉温下降程度，中途闭炉重新升温，以便前后工件淬后硬度一致。
(五)要注意冷却液的温度，10%盐水的温度如高于60℃，不能使用。冷却液不能有油污、泥浆等杂质，不然，会出现硬度不足或不均匀现象。
(六)未经加工毛坯调质，硬度不会均匀，如要得到好的调质质量，毛坯应粗车，棒料要锻打。
(七)严把质量关，淬火后硬度偏低1~3个单位，可以调整回火温度来达到硬度要求。但淬火后工件硬度过低，有的甚至只有HRC25~35，必须重新淬火，绝不能只施以中温或低温回火以达到图纸要求完事，不然，失去了调质的意义，并有可能产生严重的后果。
45钢传统热处理工艺
1.1 预备热处理
45号钢锻轧件通常情况下不进行退火处理，其原因有二：
一是，退火时间如果过长，很容易产生铁素体集聚，导致组织不均匀现象;.
二是，因为45号钢锻轧件作退火处理周期较长，导致生产效率较低。45号钢预备热处理一般采用高温回火与正火。45号钢锻轧件通常控制在724℃以内，这样不但不产生结晶过程，同时能够降低其内应力，硬度大大降低，易于下一步的切削加工工艺
1.2 低温球化退火
低温球化退火是把工件加热到共析转变温度Acl以下进行保温，然后缓冷冷却，从而获得球化组织的热处理方法，5号钢锻轧件的温度在接近724℃时，要进行长时间保温阶段，这样片状球光体就会发生转变，成为球状珠光体，其硬度在145HB之内，其强韧性较好，为冷挤压奠定了基础。
1.3.淬火
45号钢的淬火就是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度，经过保温后置人各种不同的冷却介质中(V冷应大于V临)，以获得马氏体组织。由于45号钢的奥氏体稳定性相对较差，因此为获得高硬度的马氏体组织需要对其加热后快速进行淬火冷却。45号钢具有良好的导热性，在淬火时，可以直接人炉，不需要预热，根据工件的相关技术要求来选择温度的高低，一般加热温度控制在860℃一820℃之间。
1.4临界温度淬火
大量实验表明，45号钢处于780℃临界温度进行淬火时，能够获取极细小的奥氏体晶粒，使其韧性
大大提高，同时也显著降低了裂纹敏感性。一些截面尺寸相差悬殊的工件，在淬火时容易产生裂纹，而对其进行临界温度淬火处理时，可以大大降低产生裂纹的概率。
1.5高频淬火
高频淬火是通过感应加热设备，对工件进行感应加热，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金
属热处理方法。高频加热速度控制范围在200—1 000℃，s之间时，其临界温度也对应升高，因此，故45号钢锻件的淬火加热温度在880。920℃之间，一般较其他类型的钢高大约80～1000℃有时更高一些。这样45号钢在高频淬火被加热的速度很快，其组织细小，应力增加，能够使锻件达到62-66 HRC的硬度，具有了高耐磨性，强疲劳抗力以及较小的缺口敏感性的特点。
45钢热处理常见问题
1 硬度偏低
45号钢锻件经过调质件淬火后，其硬度一般要达到HRC56—59的要求，对于截面大的锻件也应该
大于HRC48，造成原因主要是有四种原因：
一是，钢材含碳量偏低;
二是，在淬火加热阶段，没能做到要求的技术规范，加热温度偏低或保温时间不够，使锻件组织中奥氏体的碳与合金元素含量不足，甚至还残存着未转变的珠光体或未溶铁素体，造成锻件淬火后硬度指标达不到要求;
三是，锻件加热温度过高或者保温时间长，导致其表面脱碳而达不到硬度;
四是，淬火冷却不到位，冷却是热处理的最终工序，更是热处理最重要的工序。45号钢淬火硬度在不同冷却速度下可以转变为不同的组织，淬火冷却不到位，其硬度会变低。
2 纵向裂纹
纵向裂纹就是产生的裂纹呈轴向趋势，形状细而长，如图l所示。
直径为8 mm左右的45号钢锻件最容易出现，一般含碳量愈高的锻件，其产生的切向拉应力越大，
拉应力冲破锻件强度极限时，纵向裂纹就会形成。45号钢锻件纵向裂纹产生的原因主要有：
一是，装设的加热炉的方式不合理，导致锻件的受热不均现象;
二是，锻件在淬火时，受到的温度较高，内外应力差距大。同时加剧45号钢锻件裂纹产生的原因主
要有：锻件中钢中含有较多的低熔点有害杂质，譬如S、P、Bi等等;锻件尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内所选择的淬火冷却介质远远大于锻件的临界冷却速度。
3 横向裂纹
横向裂纹就是产生的裂纹垂直于轴向。由内往外断裂。如图2所示。
横纹一般出现在其未淬透时，有热应力引发。锻件淬火如果不能淬透，其表面会呈压应力。而其心部则呈拉应力，这样在锻件的淬硬层与非淬硬层的过渡区，就会产生最大拉应力，当所产生的拉应力冲破锻件的抗拉强度极限时，横向裂纹就会产生。45号钢锻件横向裂纹产生的原因主要有三种：
一是，工件的拉拔工艺及操作不合理，譬如模角太大，没有经过酸洗以及金属内外变形不均匀等;
二是，工件心部出现增碳，使工件的内外层塑性变形能力出现较大的差别;
三是，工件内有夹杂物存在。
4硬度不均匀
45号钢经过热处理后，如果硬度不均匀将使其耐磨性降低，减少使用寿命。导致45号钢硬度不均
匀原因主要有以下几种：
一是，使用的工件本身淬透性低;
二是，工件表面残留有退火脱碳层或淬火加热时产生脱碳层;
三是，工件淬火加热后冷却速度慢，分级、等温过高、时间过长或者冷却介质选择不当;
四是，工件淬火介质中含杂质过多或老化;
五是，工件淬火冷却后出淬火介质时温度过高、冷却不足;
六是，工件回火不充分及回火温度过高。
5 表面形成大块碳(氯)化合物网
导致45号钢锻件表面形成大块碳(氮)化合物网的原因有：
一是，炉气碳势过高;
二是，工件强渗时间过长;
三是，冷却速度太慢，沿奥氏体晶界析出网状碳化物;
四是，锻造始锻温度太高，而锻后冷却太慢。
6 畸变
导致45号钢锻件畸变的原因有三：
一是，工件在淬火阶段温度偏高;
二是，工件冷却方法不合理;
三是，夹具设计不合理或者使用不当。
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