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零保温淬火工艺对45#钢表面硬度的影响研究
2021-05-15 11:44:02 来源: 访问:

  摘 要:本文在780℃至920℃温度范围内对45#钢进行“零保温”淬火,并测量其表面硬度;再以500℃至650℃不同温度进行高温回火,并测量其表面硬度。就硬度性能方面对比传统淬火工艺后材料的表面硬度来研究“零保温”淬火对45#钢表面硬度的影响,分析“零保温”淬火工艺替代传统淬火工艺的可能性,并提出了合理的工艺路线。

  关键词:45#钢;“零保温”淬火;硬度

  Abstract: The research has been conducted on “zero time holding quenching” in the range from 780℃ to 920℃ and then high temperature tempering in the range from 500℃ to 650℃ on 45# steel and survey on its surface hardness respectively. Compared with surface hardness of the steel by the traditional quenching technology, the paper analyzed the effects of zero time holding quenching on surface hardness of 45# steel and its feasibility to replace the traditional technology, and then proposed a reasonable technology process.

  Key words: 45# steel, “zero time holding” quenching, hardness

  “零保温”淬火,即工件表面达到淬火温度后,立即淬火冷却的热处理工艺,与传统的淬火工艺相比,省去了工件透热和完成组织转变所需要的保温时间,从而可以在一定程度上降低能耗并提高了劳动生产率;同时可减少或消除工件在保温过程中产生的氧化、脱碳等缺陷,有利于产品质量的提高。

  45#钢为优质碳素结构钢,由于其在具有一定的使用性能的基础上,拥有良好的工艺性能和经济性能,因此广泛用于机械制造的各个领域。目前工程使用上一般对其进行调质处理,其工艺为Ac3+30~50℃淬火加500℃~650℃高温回火,以获得较好的综合机械性能。

  本文在从780℃至920℃温度范围内测量了45#钢“零保温”淬火后高温回火所得到的硬度,与传统工艺进行比对,研究45#钢“零保温” 淬火对表面硬度的影响;并制定了能满足具体硬度性能要求的45#钢“零保温”淬火工艺路线,探讨替代传统的淬火工艺的可能性。

  一、试验材料与试样

  45#钢小圆柱体试样,尺寸为Ф20mm×10mm,共计120个。

  二、主要试验器材

  高温箱式电阻炉(SX-2型 );洛氏硬度计(HR-150A型);透反射金相显微镜(6XB-PL);金相显微镜(型号:4X附摄影装置)。

  三、试验方法和步骤

  实验先将试样分组,在不同温度下进行“零保温”淬火,测量其硬度;再将各温度下的淬火态试样进行不同温度的高温回火,测量其硬度。具体如下:

  1、淬火温度从780℃至920℃,共15组,每组8个试样,随炉加热,到温水淬,测量硬度;

  2、将数据比较合适的温度段的每组8个试样再分为4组,每组2个,分别在500℃、550℃、600℃、650℃进行高温回火,测量硬度。

  四、实验结果及数据处理

  淬火温度和硬度关系的数据及图表

  水淬温度 780℃ 790℃ 800℃ 810℃ 820℃ 830℃ 840℃ 850℃ 洛氏硬度平均值HRC 50.82 51.24 55.78 62.00 61.64 59.90 59.43 59.53 水淬温度 860℃ 870℃ 880℃ 890℃ 900℃ 910℃ 920℃ 洛氏硬度平均值HRC 58.34 59.00 57.76 57.68 55.99 59.93 58.10

  由上述数据可以看出在800℃以上淬火,表面硬度都可以达到常规淬火所要求的数值(一般表面硬度要求大于55HRC),考虑到实际中应选择尽可能低的温度,故对800℃至840℃的试样再进行回火实验。结果如下:

  500℃回火的数据及图表

  淬火温度 800℃ 810℃ 820℃ 830℃ 840℃ 洛氏硬度数值平均值HRC 49.28 51.03 51.13 51.18 50.83

  550℃回火的数据及图表

  淬火温度 800℃ 810℃ 820℃ 830℃ 840℃ 洛氏硬度数值平均值HRC 41.75 49.05 49.05 49.10 49.15

  600℃回火的数据及图表

  淬火温度 800℃ 810℃ 820℃ 830℃ 840℃ 洛氏硬度数值平均值HRC 39.50 45.93 48.48 48.18 47.45

  650℃回火的数据及图表

  淬火温度 800℃ 810℃ 820℃ 830℃ 840℃ 洛氏硬度数值平均值HRC 39.03 41.98 42.83 41.93 43

  五、实验分析与结论

  1、45#钢在780℃至920℃“零保温”淬火时,硬度随淬火温度的增加先增大后减小;在810℃时出现峰值,硬度值与传统工艺所达到的也基本相同;

  2、回火温度对45#钢“零保温”淬火表面硬度的影响规律与传统淬火工艺基本相同,表面硬度值总体上随着回火温度的增加而降低,从整体上看表面硬度要比传统淬火工艺略高;

  3、45#钢“零保温”淬火温度从780℃增加值820℃时,试件表面硬度有明显的上升趋势,随着温度的增加硬度值有一段相对稳定的区域,当温度继续增加时其表面硬度有略微的下降趋势,但下降并不是很明显。所以,“零保温”淬火温度应该大于800℃度,但不宜过高,一面造成电炉电能的不必要损耗和材料表面的过多氧化,综合考虑810℃或820℃为45#钢“零保温”淬火的最佳温度;

  4、45#钢“零保温”淬火经过500℃高温回火后,试件表面所达到的硬度值基本在HRC50以上,传统工艺硬度一般在HRC40~45左右。所以,45#钢“零保温”淬火回火后硬度可以满足要求;

  5、经过本次实验,综合考虑制定以下的45#钢“零保温”淬火工艺路线:淬火温度为810至830℃,淬火介质为水,回火温度为500℃至550℃。

  综上所述,“零保温”淬火在硬度方面的性能完全可以满足实际使用的要求,同时可以在一定程度上节能降耗;但在强度、塑性等方面的性能如何,还有待进一步进行实验研究。

  参考文献:

  [1]李章东等.45钢“零保温”调质处理新工艺.[J].矿山机械.2004(7):92.

  [2]李安铭,张宏伟,杨宏保.原始组织对25MnV钢“零保温”淬火后组织性能的影响.[J].河南理工大学学报(自然科学版), 2006, 25 (1): 1~5.

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  [4]邓楚平.45钢40Cr钢调制新工艺研究.[J].湖南有的金属,2004(12):25~26.

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