45钢调质硬度的影响因素分析

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　　摘  要：调质是钢铁热处理工艺中的重要一种，其主要用于对钢铁的力学性能及钢铁的加工性能加以改善，增强钢铁的硬度和韧性，从而使得钢铁及钢铁零部件能够获得人们所需要的性能。在钢铁及钢铁零部件调质过程中，最容易出现的问题为钢铁及钢铁零部件调质后硬度无法达到所要求硬度的问题，从而造成损失。为确保钢铁及钢铁零部件调质后的硬度，需要对钢铁及钢铁零部件调质过程中影响调质硬度的因素进行分析并制定针对性的处理措施，保证钢铁及钢铁零部件调质硬度满足工艺要求。
　　关键词：钢铁及钢铁零部件;调质;硬度;45钢
　　中图分类号：TG156         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）08-0061-02
　　Abstract： Quenching and tempering is an important heat treatment process of iron and steel， which is mainly used to improve the mechanical properties and processing properties of steel， and to enhance the hardness and toughness of steel， so that steel and steel parts can obtain the properties that people need. In the process of quenching and tempering of iron and steel parts， the most common problem is that the hardness of iron and steel parts can not reach the required hardness after quenching and tempering， resulting in losses. In order to ensure the hardness of steel and steel parts after quenching and tempering， it is necessary to analyze the factors that affect the quenching and tempering hardness of iron and steel parts and formulate targeted treatment measures to ensure that the quenched and tempered hardness of iron and steel parts meets the process requirements.
　　Keywords： iron and steel and steel parts; quenching and tempering; hardness; No.45 steel
　　前言
　　鋼铁及钢铁零部件调质是现代机械加工领域中较为常用的一种热处理工艺，其核心在于改善钢铁及钢铁零部件的力学性能，使得钢铁及钢铁零部件获得工艺要求的硬度。但是在钢铁及钢铁零部件调质中容易出现调质后硬度无法达标的问题。本文将以45钢为例对其调质过程中影响45钢调质硬度的因素进行综合性的分析，为45钢的后续调质处理提供借鉴参考。
　　1 温度对45钢调质性能及硬度的影响
　　某工厂采用的是2100mm×1000mm×750mm的加热炉，加热炉的功率为125kW，能够为大尺寸45钢零部件进行加热调质，在将其应用于一些中、小尺寸45钢零部件的调质处理时，常常会出现调质后的45钢零部件硬度不足的问题，为解决这一问题需要对影响中、小尺寸45钢零部件调质硬度的因素进行分析。总体来说，影响中、小尺寸45钢零部件调质硬度的因素主要集中在调质温度、调质保温时间以及回火温度等几个方面。由于工厂所使用的加热炉体积较大，中、小尺寸的45钢零部件在调质过程中容易出现受热慢、加热时间和保温时间难以把控的问题。根据以往中、小尺寸45钢零部件的调质结果来看，45钢零部件的调质硬度差距较大，严重的会相差20-28HB，甚至更多。为在现有加热炉条件下确保中、小尺寸45钢零部件取得较好的调质硬度，通过对该尺寸下加热炉的加热温度、保温时间以及回火温度进行多次试验测算，确定了合理的中、小尺寸45钢零部件的调质参数。
　　2 加热温度对中、小尺寸45钢零部件调质硬度的影响
　　为试验不同加热温度对中、小尺寸45钢零部件调质硬度的影响，选取直径为φ60mm、长度为200mm的45圆钢为调质试验件，以两件为1组，共设置4组共8件试验不同加热温度下对中、小尺寸45钢零部件调质的影响。试验件分别以780℃为起点，以50℃为一个间隔设置试验加热温度，最高温度为930℃，分别将试验件放入加热炉中进行加热半小时，而后将试验件放入水中冷却降温，对试验件进行金相和硬度测试，并记录试验结果如下：780℃下2件试验件的平均硬度值约为318HB，830℃下2件试验件的平均硬度值约为492HB，880℃下2件试验件的平均硬度值约为514HB，930℃下2件试验件的平均硬度值约为337HB。根据试验结果可知，从780℃开始试验件的硬度持续上升，在880℃时达到较高的硬度。在随后的高温回火后试验件的硬度将有所降低，工艺要求试验件的硬度需要达到280HB。在780℃和930℃的加热温度下无法使得试验件获得足够的调质硬度。结合工艺要求以830℃和880℃作为加热温度能够满足工件的调质工艺要求。加热温度除了会影响45钢零部件的调质硬度外，还会对工件的抗拉强度造成一定程度的影响，以上述加热温度和试验件为样本对工件的抗拉强度进行检测。测试结果如下：780℃下样本的抗拉强度平均值约为562MPa，830℃下样本的抗拉强度平均值约为606MPa，880℃下样本的抗拉强度平均值约为612MPa，930℃下样本的抗拉强度平均值约为567MPa。根据测试结果可以看出，相同的回火温度下，淬火温度与45钢的抗拉强度变化呈正比，当测试加热温度在880℃和830℃条件下时，试验件获得了较高的抗拉强度，当加热温度过高时如达到930℃时，其抗拉强度反而下降至与780℃相近。此外，当加热温度在880℃和830℃条件下时，45钢零部件在断面收缩率和延伸率方面也获得了较高的测试值。结合试验结果可以看出，在中、小尺寸零部件的调质处理中，选830℃和880℃作为加热和淬火温度将能使得试验件获得良好的硬度、断面收缩率和延伸率。此外，考虑到加热温度越高加热炉将需要更长的时间和更多的用电量，在满足45钢调质工艺要求的条件下选取830℃为宜。 　　3 保温时间对中、小尺寸45钢零部件调质硬度的影响
　　在选取830℃作为中、小尺寸45钢零部件调质加热温度的条件下，以2件圆钢为一组，分别以15min、30min、45min和1h，为保温时间试验设置4组测试件。4组测试圆钢在加热保温后分别放置入冷水中进行冷却而后再对其分别放置在500℃高温下进行回火。4组试验件的硬度测试结果分别如下：保温时间为15min时，高温回火后试验件的平均硬度值约为247HB。保温时间为30min时，高温回火后试验件的平均硬度值约为308HB。保温时间为45min时，高温回火后试验件的平均硬度值约为332HB。 保温时间为1h时，高温回火后试验件的平均硬度值约为317HB。工艺要求45钢零部件调质硬度为280HB，除保温时间在15min这一组外，其他3组都达到了工艺要求。随着保温时间的延长，45钢零部件调质硬度在30min和45min条件下都得到了较大的提升，而在1h保温时间下45钢零部件调质硬度反而相对于45min条件下有所降低。因此，综合考虑后可以选取30-45min这一时间段作为保温时间。从而为以后调质45钢零部件做出参考。
　　4 回火温度对中、小尺寸45钢零部件调质硬度的影响
　　为测试回火温度对中、小尺寸45钢零部件调质硬度的影响，分别以2件直径为φ60mm的圆钢为试验件测试不同回火温度条件下45钢零部件调质硬度。以830℃为调质加热温度，30min为试验件的保温时间，以500℃为起点温度，560℃为最高温度，以20℃为温度间隔设置4组回火温度来测试回火温度对中、小尺寸45钢零部件调质硬度的影响。测试后的结果如下：在500℃的回火温度下，回火后试验件的平均硬度值约为308HB。在520℃的回火温度下，回火后试验件的平均硬度值约为289HB。在540℃的回火温度下，回火后试验件的平均硬度值约为269HB。在560℃的回火温度下，回火后试验件的平均硬度值约为260HB。综合可知，在830℃的加热条件下，以30min為保温时间，回火温度与试验件的平均硬度值呈反比。即温度越高试验件的硬度呈逐渐降低的趋势。以工件的调质工艺要求280HB为标准，500℃和520℃的温度条件下都能够使得中、小尺寸的45钢零部件达到工艺所要求的硬度。
　　总体来说，在45钢零部件的调质处理中，加热温度、保温时间以及回火温度等都会对45钢零部件的调质硬度产生一定的影响。根据实验结果，在830℃-880℃的加热温度条件下，45钢零部件可以获得较为良好的调质性能;同样，在830℃条件下，保温时间控制在30min-45min之间为宜;而回火温度在500℃-540℃之间都能够获得较为良好的调质硬度。综合考虑到工艺要求的调质硬度、加工效率以及经济性等几个方面的指标，选取830℃的加热时间、30min的保温时间和520℃的回火温度可以获得较为良好的45钢零部件调质质量。在满足调质硬度的要求下获得较为良好的经济性。
　　5 45钢调质后硬度不均的问题分析与处理
　　某45钢调质后出现硬度分布不均的问题，严重影响了该零部件的正常使用。通过对钢材进行金相分析后发现，45钢自身存在一定程度化学成分偏析，原始组织均匀性不高，调质过程中，首次淬火加热时奥氏体组织均匀化不足，致使淬火后45钢的显微组织分布不均匀，从而导致了45钢调质后硬度分布不均。为解决这一问题，在分析原因的基础上对原有调质工艺参数进行了优化，将原先所采用的淬火温度在原有基础上提升30℃，从而使得45钢中因碳含量偏析所导致的组织分布不均匀问题得到改善， 45钢在淬火后其显微组织分布更加均匀，以便于更好的对其进行调质。此外对于调质后的保温时间及回火温度都需要进行调整，在选用880℃加热温度的基础上，分别以30min和45min为保温时间进行试验测试，并选用520℃作为高温回火温度。实验结果如下：在采用上述调质参数的基础上对原45钢进行了二次调质， 45钢中的组织得到了一定程度的均匀化，且晶粒大小相对稳定。二次调质工艺能够对一次淬火调质硬度不均匀问题进行相应的改善，提高45钢的调质质量。
　　6结束语
　　45钢是应用十分广泛的钢材，通过对45钢做调质处理将能够有效的改善45钢的性能从而使得其能够获得更好的应用。本文以某一型号加热炉为例就45钢应用其中进行调质处理时所存在的硬度不足问题进行了分析，通过对各影响因素进行分析确定了适合该型号加热炉的45钢调质参数，从而为今后的调质处理提供了良好的参考。
　　参考文献：
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