亞溫淬火工藝對45鋼組織性能的影響

2018-06-22 02:12:26張秀明張新占

現代制造技術與裝備 2018年5期

臧偉張秀明張新占

（山東省機械設計研究院，濟南 250031）

引言

45鋼在我國得到了廣泛應用。45鋼原材料及其工件的調質熱處理一般采用淬火和高溫回火的工藝。生產實際中，45鋼淬透性低、水淬有開裂傾向。為了解決這些問題，本實驗研究了45鋼的亞溫淬火，通過實驗獲得了45鋼亞溫淬火后的力學性能數據和規律，獲得能應用到實際的較好的處理工藝。

1 試驗過程和方法

1.1 試驗材料

45號熱軋棒材（原始組織為熱軋態）分為三種試樣：

（1）拉伸試樣：直徑d0=10mm，標距l0=10d0；

（2）硬度試樣：10mm×15mm；

（3）沖擊試樣：截面為10mm×10mm，長度為55mm的標準夏氏V型試樣。

1.2 熱處理工藝

采用Q235B鋼板作為實驗材料，開坡口焊接。焊件的制備選擇155A、160A和170A三種電流，電弧電壓為（22～24）V；用J422焊條，保持（150±10）mm/min的焊接速度，通過硅整流電焊機焊接而成。將不同焊接條件下的焊件通過機加工加工成三種類型的試樣，一種用于進項檢驗，一種用于沖擊試驗，一種用于拉伸試驗。為了比較去應力退火前后焊件性能的變化，將焊件分成兩組，一組是不進行去應力退火的焊件，另一組是在SX2-2.5-10箱式電阻爐中空爐加熱到550℃放入、保溫30min后爐冷到300℃取出的焊件。然后，將經過退火處理的試樣分組并打號，將未經過退火處理的試樣分組并打號。

1.3 試驗設備和測試

（1）試樣的金相檢驗。金相試樣的制備經過粗磨、細磨、拋光、侵蝕、沖洗和吹干后放在金相顯微鏡下觀察。

（2）硬度測試。將金相觀察后的試樣在洛氏硬度機上對六組試樣分別測試硬度，每件試樣采樣六個測試點測試后取平均值。

（3）沖擊韌性和拉伸測試。沖擊試樣制成標準相比V形缺口試樣，采用沖擊試驗機進行沖擊；采用拉伸機測試強度及延伸率。上述每種性能測試均采用三個試樣結果的平均值。

2 試驗結果及分析

2.1 金相組織

金相組織觀察結果如圖1所示。

圖1 金相組織

圖1 中，800℃淬火馬氏體晶粒細小，840℃淬火馬氏體晶粒粗大；隨加熱溫度的升高，奧氏體晶粒尺寸變大，淬火后的馬氏體晶粒尺寸變大。800℃淬火后回火，結果如圖2所示。840℃淬火后回火，結果如圖3所示。

圖2 800℃淬火后回火結果

圖3 840℃淬火后回火結果

如圖2、圖3所示，隨著回火溫度的增高，淬火組織從回火馬氏體轉變為回火屈氏體，最后轉變為回火索氏體。隨著回火溫度的增高，粗大的晶粒得到細化。經過亞溫淬火獲得的馬氏體的基底上，保留著少量鐵素體。低溫下，珠光體沒有完全奧氏體化，淬火后有未轉變鐵素體。

2.2 力學性能

2.2.1 硬度實驗

硬度試驗如表1所示。結果如圖4所示。

表1 不同回火溫度下硬度變化

圖4 不同回火溫度下硬度變化曲線

由圖4可知，隨著淬火溫度的升高，鋼的硬度降低；隨著回火溫度的提高，鋼的硬度降低。究其原因，在于45鋼經800～840℃淬火，組織中鐵素體逐步減少，馬氏體含量增加。隨著回火溫的增高，淬火組織從回火馬氏體轉變為回火屈氏體，最后轉變為回火索氏體，所以硬度降低。

2.2.2 強度實驗

強度試驗如表2所示，結果如圖5所示。

表2 不同回溫火溫度下強度變化

圖5 不同回火溫度下抗拉強度變化曲線

如圖5所示，45鋼經800～840℃淬火后，隨著淬火溫度的升高，鋼的拉伸強度逐漸增加；隨著回火溫度的提高，拉伸強度先上升后下降，總體降低；840℃拉伸強度高于800℃淬火后的試樣。究其原因，在于45鋼經800～840℃淬火，組織中鐵素體逐步減少，馬氏體含量增加，隨著回火溫的增高，淬火組織從回火馬氏體轉變為回火屈氏體，最后轉變為回火索氏體。

2.2.3 沖擊韌性試驗

沖擊韌性試驗如表3所示，結果如圖6所示。