45钢亚温淬火的工艺研究急。。。。@@@@

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45钢亚温淬火工艺的研究

摘要:采用正交组合回归设计试验方法研究了亚温淬火条件下,淬火温度和回火温度对45钢强度及硬度的影响规律,并分析了该钢亚温淬火后的组织与性能。结果表明,在740～800 ℃范围内,随淬火温度升高, 45钢的强度及硬度升高,淬火组织中铁素体量逐步减少,其分布形态也发生明显变化, 800 ℃淬火后的力学性能接近于常规的840 ℃淬火。在试验的基础上,提出了45钢活塞(780 ±10) ℃淬火+ (550 ±10) ℃回火的调质处理新工艺。

关键词: 45钢;亚温淬火;调质处理; 抗拉强度; 硬度;显微组织

图1为45钢制造的煤矿用DZ型液压支柱的活塞,产品技术要求调质后硬度为240～270HBS,热处理是在箱式电炉中加热温度840 ℃,保温1 h后水淬, 580 ℃回火。实际生产中产品淬火开裂率高图1 DZ型液压支柱活塞示意图达15%～20% 。本文采用正表1 淬火温度和回火温度的试验水平

交组合回归设计试验方法,研究了亚温淬火条件下, 淬火温度和回火温度对45钢强度及硬度的影响规律,分析了该钢亚温淬火后的组织与性能,提出了45钢亚温淬火新工艺。与传统的调质工艺相比,新工艺降低了淬火温度和回火温度,有效避免了淬火开裂,同时,保证了工件的使用性能。

1 试验材料和方法

试验用45钢的主要化学成分(质量分数, % )为0.47C 、0.31Si、0.67Mn、0.030S 、0.031P、余量Fe,供货为热轧态。淬火温度和回火温度的试验水平见表1。淬火加热保温20 min、水冷;回火保温40 min 、空冷。

试验采用拉伸试样和硬度试块。拉伸试样为d0= 10 mm、L0 = 5 d0 的短试样,硬度试块的尺寸为20mm ×25 mm。各试样的热处理工艺见表2。采用正交组合回归设计试验方法,将回归分析与正交设计有机

结合起来。试验结果经数据处理后,得出淬火温度和回火温度对45钢强度.硬度的影响规律,并建立数学模型。对试验结果进行显著性检验:一是方差检验,检验各因素影响的显著性,评价试验结果的可靠性;二是回归方程的显著性检验,评价数学模型的可信度。

2 试验结果及数据处理

2、1 试验结果

每个温度点分别处理拉伸试样和硬度试样各3个,测试性能后取其平均值作为试验结果。抗拉强度和硬度检测结果的平均值见图2。

表2 热处理工艺

2 、2 数据处理

经数据处理,得出如下回归方程:

硬度方程: 硬度( HBS) = 327.8 – 32.67x1 +71.17x2 + 1.11x12 – 21.72x22 – 18.75x1 x2

45钢不同温度淬火后的

强度（a）和硬度(b)的变化曲线

抗拉强度方程:σb (MPa) = 865.14 – 65.62X1 +245.93X2 + 13171X12 – 190.2X22 – 34.93X1 X2

式中: X1 ∈[ - 1, + 1 ]; X2 ∈[ - 1, + 1 ]

表3 试验因素的方差检验

对上述试验进行方差检验，结果如表3所示。因子X1、X2 分别在α = 0.001和α = 0.05水平显著,该试验数据是可靠的。对上述回归方程进行显著性检验,结果见表4 。两方程分别在α = 0.005和α = 0.025水平显著,证明方程是可信的。

表4 回归方程的显著性检验

3 45钢亚温淬火后的组织及分析

3、1 淬火加热温度与铁素体含量及分布形态

图3为45钢淬火回火后的金相组织照片。试验过程中发现,在740～800 ℃范围内,随淬火温度升高,淬火组织中铁素体含量逐步减少, 马氏体量增加, 740 ℃淬火组织中有较多的铁素体(见图3a) ,因此钢的强、硬度较低;当淬火温度达到800 ℃后,组织中的铁素体已经很少,仅有2% ～5% ,其余全部为马氏体组织(见图3b) 。组织分析表明,淬火温度不同,淬火组织中的铁素体不仅含量发生变化,其分布形态也发生较大的改变。740 ℃淬火,铁素体的形态以块状为主(见图3c) 。随淬火温度升高,块状铁素体减少。770 ℃淬火,铁素体的形态为网状分布于奥氏体晶界(见图3d) 。800 ℃淬火,块状和网状铁素体基本消失,少量铁素体孤立分布于马氏体组织中(见图3b) 。

3 、2 淬火加热温度与钢的强度和硬度的关系

由图2所示的45钢经740～800 ℃淬火后其强度和硬度的结果可知,随淬火温度提高,钢的强度和硬度增加,其原因是组织中铁素体逐步减少,马氏体含量增加。低于770 ℃,淬火温度对其强度和硬度的影响显著;高于770 ℃,其影响减弱。800 ℃淬火后组织中虽有极少量的铁素体,但由于晶粒细化[ 1 ] ,仍达到较高的强、硬度,力学性能接近于常规的840 ℃淬火。由图4可以看出,经不同温度回火, 45钢强度和硬度随淬火温度变化的规律基本相同。回火温度越高,钢的强、硬度越低,这与马氏体组织的分解程度有关。

4 45钢活塞亚温淬火工艺的确定

在反复试验的基础上,确定45钢活塞的亚温淬火温度为(780 ±10) ℃,为了不降低工件的力学性能,把回火温度相应降低到(550 ±10) ℃。新的调质处理工艺处理活塞时,淬火和回火保温时间适当的延长,以确保工件热透。经新旧工艺调质处理后的45钢的力学性能见表5 。由表5可以看出,两种工艺处理后钢的力学性能很接近,新工艺可以满足活塞对材质的要求。

图3 不同工艺处理后45钢金相组织

( a) 740 ℃淬火, 450 ℃回火

( b) 800 ℃淬火, 450 ℃回火

( c) 740 ℃淬火, 500 ℃回火

( d) 770 ℃淬火, 500 ℃回火

亚温淬火工艺的优点是在保证材料强、硬度的同时,使塑性和韧性得到改善,而且淬火畸变明显减少,这与文献[ 223 ]的对结论相一致。几年来,采用新工艺处理活塞10万件以上,没有发生淬裂现象,经检测,质量全部符合要求,使用效果良好。

表5 45钢活塞调质处理后的力学性能

5 结论

(1) 在740～800 ℃范围内,随淬火温度升高, 45钢的强度和硬度升高, 800 ℃淬火后的力学性能接近于常规的840 ℃淬火。

(2) 随淬火温度升高,组织中铁素体含量逐步减少,其分布形态也发生明显变化。

(3) 45钢活塞经(780 ±10) ℃淬火和(550 ±10)℃回火的调质处理后,可以满足活塞技术要求,而且淬火畸变明显减小,杜绝了淬裂现象的发生。

一类回火脆性出现在200~~350度，不可逆。

二类回火脆性出现在400~~650度。

热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

回火脆性，是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。淬火钢在回火时，随着回火温度的升高，硬度降低，韧性升高，但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷，一个在 200~400℃之间，另一个在450~650℃之间。随回火温度的升高，冲击韧性反而下降的现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。

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