45钢淬火工艺的改进

来源:安徽方圆机电股份有限公司作者:周良

45钢是一种应用广泛的机器零件用钢,属中碳范畴,其化学成分(质量分数,%)为:0.42~0.50C、0.17~0.37Si、0.5~0.8Mn、≤0.25Cr,微量V。有关温度参数为:Ac1=735℃,Ac3=785℃,Ms=350℃,Ar3=750℃。完全淬火后其组织为板条马氏体(M)和片状马氏体的混合组织,由于含碳量相对较高,组织内含丰富位错和孪晶结构,因而其强度较高,但塑性和韧性不足。经适当回火后,可获得良好的综合力学性能。大量军工产品工装零件和民品零件都采用45钢。经多年实践,发现45钢的传统淬火工艺并不完美,需要补充和改进。

1、传统淬火工艺

45钢传统淬火工艺见图1,加热时间一般按经验公式算得:盐炉加热时,t1=0.5D(D为零件最大直径)。箱式电炉加热时,t1=D。淬火介质为5%~10%NaCl溶液,对形状复杂的零件用水、油双液淬火法,对尺寸很小的零件也可用油冷。回火温度按经验公式T=800-10H计算(H为回火后硬度)。回火时间依据不同炉型而定,井式炉回火按表1执行,液体介质中回火可相应缩短50%~60%。

45钢的传统淬火工艺

图1 45钢的传统淬火工艺

表1 45钢井式炉回火参数

45钢井式炉回火参数

传统工艺的优点明显,但缺点也不少。

其优点表现在:

①淬火加热时能获得均匀的奥氏体(A)组织,并能获得细小的奥氏体晶粒,减少加热过程中氧化脱碳严重、淬火后变形大、韧性差的缺点;

②能获得良好的综合力学性能,特别是强度提高。

其缺点主要有:

①过分考虑淬火后的强度要求,追求工件淬火后的完全马氏体化,很难实施淬火过程的强韧最佳配合;

②45钢的淬透性有限,因而对冷却介质性能要求高,大尺寸工件不能淬透,从而得不到理想效果;

③对危险尺寸段的零件在淬火时易产生较大的变形,甚至开裂报废。

近年来,在生产中发现小尺寸轴及缸套等简单零件,按上述工艺热处理时经常发生较大变形及开裂现象。但经理化分析,钢材成分、组织及非金属夹杂均符合要求。这说明淬火工艺需要调整以保证零件热处理后符合图纸要求。

结语

综合分析,45钢零件热处理时,对于有效壁厚在5~12mm时,特别是其有效壁厚为8~9mm时可采用亚温淬火工艺,以防变形开裂现象发生,造成不必要的损失;对于大尺寸(≥90mm)的零件,可采用盐炉高温快速加热淬火工艺,以解决表面淬不硬的问题;此两种工艺在现实热处理应用中具有重要意义。