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45钢亚温淬火组织及性能研究

45钢是我国目前用量较大的普通优质钢.45钢原材料及其工件的调质热处
理一般均采用传统工艺:淬火和高温回火.在生产实际中有时会出现韧性较
低、硬度不均匀、返工率(如开裂缺陷)很高等问题.为了解决这些问题,对
该钢原材料进行亚温淬火试验研究.亚温淬火热处理是亚共析钢在Ac1～
Ac3温度之间加热淬火的一种热处理工艺,可减小零部件热处理变形与开
裂倾向,提高产品综合力学性能和产品合格率等.本文通过对45钢调质热处
理和亚温淬火热处理工艺及性能方面的研究进一步探讨45钢亚温淬火热
处理对其力学性能的影响,以期得到可应用于生产实际的最优的热处理工
艺.
1实验材料及方法
1.1试验材料
试验采用45钢热轧棒材,其材料成份见表1.材料原始组织为正常退火组织.

1.2热处理工艺
为了减小热处理后再加工对力学性能的影响,在热处理前就把试样加工成
10mm×10mm×55mm标准夏式V型缺口试样,试样共分13组,每组各3
根.13组热处理工艺见表2,其中所有淬火加热保温时间为15min,回火保
温时间为90min,冷却采用空冷方式.

1.3硬度及冲击试验
把热处理后的10m×10mm×55mm夏氏V形缺口标准试样在JB-300B型
冲击试验机上测试韧性.然后在HRC150型硬度试验机上测定硬度值并记
录.每个试样测5次求平均值.经取样、磨制、抛光、浸蚀4个步骤后在
金相显微镜下观察金相组织
2实验结果及分析
2.1力学性能
2.1.1硬度分析
45钢进行调质处理再进行亚温淬火回火后的硬度如图1所示.从图1可看
出随淬火温度的升高,硬度值增加,随回火温度的升高,硬度值降低.淬火温
度接近Ac3时,具有最高的硬度值(HRC)为26.1。45钢仅进行调质处理后
的硬度值(HRC)为17.1.图
2
为只进行亚温淬火和回火的硬度值,与调质处理比较同样回火温度下的硬
度达到22.3因此从.图2中可以看出,

直接亚温淬火后同样的回火温度的硬度高于调质处理值,也高于先进行调质
处理再进行亚温处理的试样.
2.1.2冲击韧性分析
通过比较在不同热处理方式下的试样的冲击韧度,可知在(770±10)℃亚温
淬火后的组织冲击韧度有很明显的提高.图3是45钢进行调质处理和亚温
处理后的冲击韧度变化曲线.由图3可知,在770℃淬火时,相关试样的冲
击韧度值比在740℃淬火试样的值要大出许多,并且上升到最大.而800℃
淬火试样的冲击韧度值又有所下降,且在770℃淬火500℃回火时的冲击韧
度值与550℃回火时非常接近,从节约能源角度考虑,得到同样级别的韧度
可选择500℃回火.

只进行亚温淬火热处理的试样的冲击韧度值如图4所示,比只经调质处理
的冲击韧度值(85J/cm-2)高很多,但都比图3中所示770℃亚温淬火处理
后的冲击韧度值要低.表明进行常规热处理+亚温淬火后具有最高的冲击韧
度.这与它们的内部组织分
布有很大关系。

2.2金相分析
将试样经过磨样、抛光、硝酸酒精腐蚀后在金相显微镜下观察,其45钢
淬火回火后金相组织如图5所示.

从图5(a)～(d)看出随着淬火温度的增加,组织中铁素体量逐渐减少和回火
索氏体量逐渐增加,调质处理后进行740℃亚温淬火组织中铁素体量比较
多,且呈聚集态块状存在,这也决定了钢的强度硬度比高淬火温度处理后要
低得多.与图1中所得结论相符.随着亚温淬火温度的增加,块状铁素体量
减少,到770℃时铁素体已形成网状分布于奥氏体晶界,800℃时组织中铁
素体量有很大程度的减少,其余全部为索氏体组织,因此力学性能接近于常
规的840℃淬火.从图3得出770℃时淬火时冲击韧性最好,也表明此时铁
素体对材料韧性来说含量适中,且铁素体和索氏体分布是均匀的,并且它们
都得到了组织的细化.即通过细晶强化来提高了强韧性[4]图.5(e)为仅进
行770℃淬火500℃回火亚温淬火处理后的金相组织.相对于图5(b)来说,晶
粒相对而言较粗大,从力学性能看硬度相当,但冲击韧度比先经过调质处理
再进行亚温处理的低很多,这是因为钢的亚温淬火对原始组织都有一定的
要求.在亚温淬火后必须保证有一定取向的细小针状铁素体析出物时,亚温
淬火才有效,才能提高冲击韧度.由图5(e)与5f)及图1和图3可以看出,回
火温度越高,钢的硬度越低,冲击韧度越高,这与马氏体组织的分解程度有关.
2.3工艺讨论
亚温淬火在铁素体和奥氏体两相区加热,相对于调质处理加热温度低,晶粒
长大倾向较小,所以,淬火后组织晶粒较细小[5]在.该次试验中,45钢调质
处理+亚温淬火回火得到的组织较细,因此晶界面积增加.虽然由于组织中
铁素体的存在,降低了45钢的硬度,但由于晶粒细化和晶界总面积的增加,
使得45钢的硬度得到提高,