45钢油-水淬火性能的研究

来源:武汉理工大学能源与动力工程学院作者:孙明月

为了解决45 钢水淬后出现变形或开裂的问题,通过对45 钢进行油-水淬火热处理工艺,使得45 钢的硬度低于水淬而高于油淬,表面光洁度较单纯水淬及油淬均好,在保证硬度的同时,韧性增强,变形或开裂减少。

淬火工艺是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后快速冷却以获得高硬度的马氏体的热处理工艺。马氏体是一种硬度高的组织,其硬度取决于含碳量,含碳量越高,马氏体的硬度越高。45 钢淬火后形成均匀而细小的马氏体。为了得到马氏体组织,淬火冷却速度必须大于临界冷却速度,否则会开裂或者变形,表现为表面光洁度及径向跳动。常用的淬火冷却介质是水和油。水的冷却能力强但易造成变形和开裂,油的冷却能力低,不易变形及开裂,但不能使钢淬硬。如果材料淬火后冷却,既能保证淬硬性又不易变形及开裂,将极大解决中碳钢现存问题。

1、45钢水淬及油淬处理

目前水淬及油淬是淬火工艺里常用的方法,通常根据工件性能要求的不同而选择。油淬保证韧性,水淬保证硬度。

选取45 钢测试棒4 根,分两组1#、2#分别进行水淬和油淬。按照45 钢淬火工艺,将测试棒放入两个加热箱中加热至860℃,保温10min,迅速进行水淬及油淬,必须注意的是,保温时间不能太久,否则烧残,冷却时间不能太久,留有一定温度空冷,以保证部分回火,减小热应力。用洛氏硬度计测试硬度,用径向跳动测量仪测量径向跳动。测试结果平均值见表1。

表1 水淬油淬处理结果

水淬油淬处理结果

经水淬处理的测试棒硬度高,径向跳动大,油淬的硬度小,径向跳动也大。同时两种工艺处理的工件表面剥落严重。问题很明显,单纯的水淬及油淬得到的硬度差值太大,同时径向跳动大,影响精度。必须寻找一种淬火工艺,使得能将硬度控制在单纯水淬单纯油淬之间,在保证硬度的同时,提高韧性,减小径向跳动。

2、改进方案

淬火工件的冷却过程并非一步到位,理论研究表明,将加热保温后的工件经过油-水冷,并在水油接触层反复变换后,较单纯油冷或水冷的综合性能强。油的冷却速度低,首先加热至860℃的工件在油中缓慢冷却至600℃左右,外缘生成细小马氏体,同时确保工件热应力较小,之后入水冷却,迅速水冷,抑制非扩散相变以生成马氏体,水对在油中生成的外层马氏体无影响,反复在接触层变换,使得工件缓慢冷却,减小热应力,防止变形。

配制冷却液,纯净水90%~95%,普通机油5%~10%,取4 根测试棒,编号分别为1#、2#、3# 和4#。加热箱加热至860℃,保温10min,进行擦油水冷试验。冷却时间6s以内,取出在空气中回火。进行硬度及径向跳动测试,实验结果见表2。

表2 擦油水冷处理结果

擦油水冷处理结果

实验结果显示,使用擦油水冷淬火工艺,可以降低组织硬度,较水淬硬度降低少,组织韧性增加,变形减小。同时,擦油水冷后的测试棒表面光洁,剥落现象基本不存在。

3、结论

单液淬火是加工生产中常用的热处理方法,但是综合性能都不是很好,硬度与韧性不能同时兼顾。采用擦油水冷淬火工艺,可以在保证工件硬度同时,使得韧性增加,变形或开裂减少,表面光洁度高,同时能够起到良好的防锈功能。45 钢在生产生活中应用广泛,将此技术应用到实际中,必将改善性能,提高生产的经济性。