45Mn鋼鏈板熱處理后硬度低原因分析

王魁，代玉杰 ，翟乃堯

1.青島金鏈檢測技術服務有限公司 山東青島 266705

2.青島征和工業股份有限公司 山東青島 266705

1 序言

鏈條是機械行業傳動和牽引的重要零部件，45Mn帶鋼作為一種中碳低合金鋼，淬火后具有較高的強度、硬度、耐磨性，以及良好的韌性，其淬透性較高，高溫下晶粒長大、氧化、脫碳傾向及淬火變形傾向均較小[1-3]，因此常用作鏈條、鏈板的材料。王學武等[4]研究認為，45Mn帶鋼經850℃淬火、400℃回火后的力學性能可達到或超過原制造材料40Cr鋼的性能，可滿足鏈板的服役要求，同時可降低生產成本。而鏈板熱處理后硬度的高低直接影響到鏈條的疲勞性能和極限拉伸載荷[5，6]，因此硬度常作為鏈板熱處理是否合格的一個重要指標。某型號鏈板熱處理經硬度檢測，發現個別鏈板的硬度為31～35HRC，遠低于43～48HRC的標準要求。因此，針對45Mn鋼鏈板熱處理后硬度低的問題，通過化學成分分析、金相組織檢測手段等對其進行了原因分析。

2 化學成分分析

對低硬度鏈板進行化學成分分析，結果見表1。通過檢測結果可知，低硬度鏈板的化學成分碳含量偏低，不符合GB/T 699—2015《優質碳素結構鋼》[7]的要求。

表1 45Mn鋼鏈板化學成分（質量分數） （%）

3 金相組織檢測

在同一批次產品中，對硬度正常的鏈板和低硬度的鏈板各取一件進行金相組織檢測。結果顯示，硬度正常的鏈板熱處理后的組織正常，為回火屈氏體，如圖1所示；硬度低的鏈板組織異常，表層為條塊狀鐵素體+索氏體，心部為索氏體+回火屈氏體+少量塊狀鐵素體，如圖2所示。

圖1 低硬度鏈板組織

圖2 正常硬度鏈板組織

結合化學成分分析可知，4 5 M n 鋼的A c1為726℃、Ac3為790℃[8]，由于表面碳含量偏低，在正常的淬火溫度下，表層的加熱溫度低于其實際的Ac3點，因此鏈板表層組織無法完全轉變為奧氏體，而是得到奧氏體+條塊狀鐵素體組織，在冷卻時又由于碳含量偏低，導致其奧氏體等溫轉變圖（C曲線）右移，冷卻速度減小，從而形成條塊狀鐵素 體+索氏體的組織。同理，鏈板心部出現索氏體及少量鐵素體，也與碳含量分布不均勻有關。由此推斷，此批次鏈板所用帶鋼組織不均勻。

4 退火帶鋼金相組織

為驗證上述推測，現場隨機抽取10件退火帶鋼進行原材料的復檢，發現10件退火帶鋼中有4件組織異常，如圖3所示。由圖3可知，組織異常的帶鋼表層為塊狀鐵素體+層片狀珠光體+少量球化體，而心部為層片狀珠光體+少量點狀球化體+塊狀鐵素體，未球化的珠光體團的周邊存在大塊狀的鐵素體。對比表層和心部組織，表層的碳含量明顯比心部的碳含量偏低，而且表層和心部的組織都存在大塊狀的自由鐵素體，這種組織會直接影響到材料的淬透性和硬度均勻性。而正常退火帶鋼的組織如圖4所示，其表層和心部均為點狀球化體及少量珠光體+鐵素體組織，且組織均勻，無明顯的帶狀、偏析等異常組織。

圖3 退火帶鋼異常組織

圖4 退火帶鋼正常組織

5 結束語

由上述分析可知，45Mn鋼鏈板硬度低于正常值，主要與原材料組織的均勻性有關。原材料碳含量分布不均勻，導致在淬火冷卻時形成索氏體、屈氏體、鐵素體等非馬氏體組織，從而使45Mn鋼鏈板硬度低于正常值。