淺析如何避免45鋼零件在使用中的常見問題

摘 要：本文描述了45鋼的化學(xué)成分、工作條件及性能特點(diǎn)，列舉了45鋼在使用過程中的問題案例，征對(duì)性地分析了問題原因，提出了防止這些問題的方法和措施，提高了45鋼零件的使用可靠性；

關(guān)鍵詞：45鋼零件 常見問題 分析方法和措施

中圖分類號(hào)：U465 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（a）-0086-01

1 45鋼的化學(xué)成分、工作條件及性能特點(diǎn)

1.1 45鋼化學(xué)成分

含碳（C）量是0.42%～0.50%；Si含量為 0.17%～0.37%；Mn含量0.50%～0.80%；Cr含量≤0.25%；Ni含量≤0.30%；Cu含量≤ 0.25%。

1.2 45鋼工作條件及性能特點(diǎn)

45鋼是一種優(yōu)質(zhì)碳索結(jié)構(gòu)鋼。可做結(jié)構(gòu)件，還可做工具。通常將45鋼經(jīng)過淬火和高溫回火處理后成為調(diào)質(zhì)鋼，屬于典型的低淬透性中碳調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體組織[1]。獲得良好的綜合機(jī)械性能。廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等許多機(jī)器設(shè)備上的重要零件。45鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá)45～52HRC。

2 目前45鋼在使用過程中出現(xiàn)的問題

多年來人們?cè)谏a(chǎn)中不斷積累45鋼的生產(chǎn)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但目前45鋼在使用過程中存在著一些常見問題有待探討解決。如：（1）某公司生產(chǎn)的軸類零件（45、直徑15長度380、要求HRC40-50、跳動(dòng)小于0.2、工藝為840、12 min，160度硝鹽冷卻）有時(shí)會(huì)發(fā)生不同批次的材料硬度不合格情況。（2）某公司使用45鋼制作的軋尖機(jī)上軋輥在生產(chǎn)中造成數(shù)根軋輥淬火開裂，裂紋現(xiàn)象，部位是在軋輥的螺紋齒根部、用鐵錘輕輕一敲，沿著螺紋齒邊就敲掉一塊。

3 探析45鋼在使用過程中出現(xiàn)這些問題的原因及解決方案

（1）45鋼軸類零件硬度不合格原因分析：淬火通常是作為調(diào)質(zhì)鋼最常用的熱處理工藝，可以明顯提高硬度。而淬透性主要取決于其臨界冷卻速度的大小，而臨界冷卻速度則主要取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性。45鋼屬于低淬透性中碳調(diào)質(zhì)鋼不易淬透；主要因?yàn)?5鋼淬硬層深度僅為1～5 mm，除表層外得不到馬氏體組織，同時(shí)傳統(tǒng)的銷軸類零件加工路線調(diào)質(zhì)處理安排在粗加工前，調(diào)質(zhì)處理件的加工余量2.5 mm，這樣調(diào)質(zhì)效果就被消除，因此調(diào)質(zhì)處理要安排在粗加工之后；同時(shí)可以用淬火加低溫回火替代調(diào)質(zhì)處理，因?yàn)榇阌矊?00 ℃回火得到的是回火馬氏體組織，其硬度、強(qiáng)度、耐磨性均比回火索氏體高許多，且表面產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，提高了鋼的疲勞強(qiáng)度；淬火加低溫回火代替調(diào)質(zhì)處理適用于加工余量不大的工件。

（2）造成軋輥淬火開裂的原因分析。

①淬火加熱時(shí)過熱；生產(chǎn)中淬火加熱爐的爐溫儀表長期不校檢，儀表所指的溫度比爐內(nèi)實(shí)際溫度大，已經(jīng)過熱，它使正常的細(xì)晶粒鋼褪化，使鋼開裂更加敏感。②淬火劑選擇不當(dāng)、冷卻速度不均勻。淬火水槽內(nèi)的淬火劑長期不更換，鹽水成分已無法確定，造成各點(diǎn)處的冷卻能力不一致。就無法保證鋼件在冷卻時(shí)得到馬氏體。45鋼的淬透性差，淬火冷卻介質(zhì)的冷卻速度不僅要使工件的冷卻速度大于鋼的臨界淬火速度，其冷卻能力還要保證工件各點(diǎn)的冷卻溫度相一致。因表里各部位存在的溫差過大的話，熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生熱應(yīng)力。另外，奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同，會(huì)造成組織應(yīng)力。熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的疊加在鋼中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。為避免軋輥再次發(fā)生淬火開裂。采取了如下措施：軋輥經(jīng)機(jī)械加工成型后，在400 ℃的箱式電阻爐中加熱保溫2h，目的是及時(shí)消除機(jī)械加工應(yīng)力；同時(shí)對(duì)爐溫儀表進(jìn)行了重新校對(duì)，使實(shí)際淬火加熱溫度控制在（840±5）℃范圍內(nèi)，嚴(yán)防過熱現(xiàn)象引起開裂；重新配制了淬火冷卻鹽水，并且采用了水、油混合冷卻法，使軋輥的使用有了可靠性，增大其使用壽命。

（3）某煤礦用45鋼制造的DZ型液壓支柱的活塞開裂率高，為避免開裂率高的問題，采用試驗(yàn)方法探究避免開裂措施。

用45鋼的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為0.47C、0.31Si、0.67Mn、0.030S、0.031P、余量Fe，供貨為熱軋態(tài)。淬火溫度和回火溫度分別如下。

①740 ℃淬火，450 ℃回火；②800 ℃淬火，450 ℃回火；

③740 ℃淬火，500 ℃回火；④770 ℃淬火，500 ℃回火的試驗(yàn)。

淬火加熱保溫20 min、水冷；回火保溫40 min、空冷。試驗(yàn)采用拉伸試樣和硬度試塊。拉伸試樣為d0=10 mm、L0=5d0的短試樣，硬度試塊的尺寸為20 mm×25 mm。

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在740 ℃～800 ℃范圍內(nèi)，隨淬火溫度升高，淬火組織中鐵素體含量逐步減少，馬氏體量增加，740 ℃淬火組織中有較多的鐵素體，鋼的強(qiáng)、硬度較低；當(dāng)淬火溫度達(dá)到800 ℃后，組織中的鐵素體僅有2%～5%，其余全部為馬氏體組織。淬火溫度不同，組織中的鐵素體含量發(fā)生變化，其分布形態(tài)也發(fā)生較大的改變。740 ℃淬火，鐵素體的形態(tài)以塊狀為主。隨淬火溫度升高，塊狀鐵素體減少。770 ℃淬火，鐵素體的形態(tài)為網(wǎng)狀分布于奧氏體晶界。800 ℃淬火，塊狀和網(wǎng)狀鐵素體基本消失，少量鐵素體孤立分布于馬氏體組織中。所以45鋼經(jīng)740～800 ℃淬火后，隨淬火溫度提高，其強(qiáng)度和硬度增加。低于770 ℃，淬火溫度對(duì)其強(qiáng)度和硬度的影響顯著；高于770 ℃，其影響減弱。800 ℃淬火后組織中雖有極少量的鐵素體，但由于晶粒細(xì)化[2]，仍達(dá)到較高的強(qiáng)、硬度，力學(xué)性能接近于常規(guī)的840 ℃淬火。經(jīng)不同溫度回火，45鋼強(qiáng)度和硬度隨淬火溫度變化的規(guī)律基本相同?；鼗饻囟仍礁撸摰膹?qiáng)、硬度越低，這與馬氏體組織的分解程度有關(guān)。所以降低淬火溫度，采用亞溫淬火法是防止該45鋼淬火開裂的一種簡單有效的方法。

4 結(jié)論

針對(duì)上述分析，為了避免45鋼在使用過程中硬度不足和開裂現(xiàn)象。采取了以下措施：（1）軸類零件調(diào)質(zhì)處理要安排在粗加工之后，用淬火加低溫回火替代調(diào)質(zhì)處理避免硬度不足。（2）零件經(jīng)機(jī)械加工成型后及時(shí)消除機(jī)械加工應(yīng)力。方法：在400 ℃的箱式電阻爐中加熱保溫2h。（3）選用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)；措施：高溫區(qū)用水冷抑制過冷奧氏體的分解，低于40 ℃時(shí)轉(zhuǎn)入油中緩冷以減小淬火應(yīng)力，防止開裂；（4）降低淬火溫度，采用780 ℃～800 ℃加熱亞溫淬火，防止過熱造成開裂。

參考文獻(xiàn)

[1]崔忠圻.金屬學(xué)與熱處理原理[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000.

[2]夏立芳.金屬熱處理工藝學(xué)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1998.

[3]馬鵬飛.熱處理技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2009.