45鋼、40Cr鋼的熱處理工藝知多少？
鋼的熱處理：是將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理不僅可用于強(qiáng)化鋼材，提高機(jī)械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點(diǎn)是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。
熱處理工藝能夠顯著地提高鋼的力學(xué)性能，增加零件的強(qiáng)度、韌性和使用壽命，提高硬度和耐磨性。所以重要的機(jī)器零件和工具都要進(jìn)行熱處理。熱處理還可以改善工件的加工工藝性能，從而提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。因此，熱處理在機(jī)械制造工業(yè)中起著十分重要的作用。下面以45鋼和40Cr鋼為例。
在生產(chǎn)中將淬火后再進(jìn)行高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)處理”，調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨。可用調(diào)質(zhì)＋表面淬火提高零件表面硬度。
1、45鋼——優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼
45鋼,是GB中的叫法,JIS中稱為:S45C,ASTM中稱為1045,080M46,DIN稱為:C45；45鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼,化學(xué)成分：含碳（C）量是0.42~0.50%，Si含量為0.17~0.37%，Mn含量0.50~0.80%，Cr含量<=0.25%。冷熱加工性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低、來源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。
45鋼熱處理推薦溫度：正火850，淬火840，回火600.
①.45鋼淬火后沒有回火之前，硬度大于HRC55（最高可達(dá)HRC62）為合格。實(shí)際應(yīng)用的最高硬度為HRC55（高頻淬火HRC58）。
②.45鋼不采用滲碳淬火的熱處理工藝。
45鋼的調(diào)質(zhì)：45鋼淬火溫度在A3+(30~50)℃，在實(shí)際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時(shí)間。如果實(shí)際裝爐量大，就需適當(dāng)延長保溫時(shí)間。不然，可能會出現(xiàn)因加熱不均勻造成硬度不足的現(xiàn)象。但保溫時(shí)間過長，也會也出現(xiàn)晶粒粗大，氧化脫碳嚴(yán)重的弊病，影響淬火質(zhì)量。我們認(rèn)為，如裝爐量大于工藝文件的規(guī)定，加熱保溫時(shí)間需延長1/5。因?yàn)?5鋼淬透性低，故應(yīng)采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。
工件入水后，應(yīng)該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂，這是因?yàn)楫?dāng)工件冷卻到180℃左右時(shí)，奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成過大的組織應(yīng)力所致。因此，當(dāng)淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗(yàn)操作，當(dāng)水中的工件抖動停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜動不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運(yùn)動。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。
45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該達(dá)到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現(xiàn)索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中，達(dá)不到調(diào)質(zhì)的目的。45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560~600℃，硬度要求為HRC22~34。因?yàn)檎{(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機(jī)械性能，所以硬度范圍比較寬。但圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調(diào)整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類零件要求強(qiáng)度高，硬度要求就高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調(diào)質(zhì)后還要進(jìn)行銑、插加工，硬度要求就低些。關(guān)于回火保溫時(shí)間，視硬度要求和工件大小而定，我們認(rèn)為，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時(shí)間關(guān)系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時(shí)間總在一小時(shí)以上。
如果用45鋼滲碳，淬火后芯部會出現(xiàn)硬脆的馬氏體，失去滲碳處理的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在采用滲碳工藝的材料，含碳量都不高，到0.30％芯部強(qiáng)度已經(jīng)可以達(dá)到很高，應(yīng)用上不多見。0.35％從來沒見過實(shí)例，只在教科書里有介紹。可以采用調(diào)質(zhì)＋高頻表面淬火的工藝，耐磨性較滲碳略差。
2、40Cr鋼——合金結(jié)構(gòu)鋼
40Cr屬于GB3077“合金結(jié)構(gòu)鋼”。40Cr鋼的含碳量為0.37%～0.44%，比45鋼略低，Si、Mn的含量相當(dāng)，含Cr0.80%～1.10%。在熱軋供貨的情況下，這1%的Cr基本不起作用，它倆的力學(xué)性能大體相當(dāng)。由于40Cr的價(jià)格比45鋼貴一半左右，所以出于經(jīng)濟(jì)性的考慮能用45鋼的就不用40Cr。
40Cr鋼的調(diào)質(zhì)處理：Cr在熱處理中的主要作用是提高鋼的淬透性。由于淬透性提高，淬火（或調(diào)質(zhì)）處理后40Cr的強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性等機(jī)械性能也明顯比45鋼高，但也是由于淬透性強(qiáng)，在淬火時(shí)40Cr的內(nèi)應(yīng)力也就比45鋼大，同樣的條件下40Cr材料的工件開裂傾向也就比45鋼材料的工件大。因此為避免工件開裂，40Cr淬火時(shí)大多選用導(dǎo)熱性較低的油作為淬火介質(zhì)（有時(shí)也用雙液淬火法，俗話叫水淬油冷），而45剛則用導(dǎo)熱性較高的水作為淬火介質(zhì)。當(dāng)然，水和油的選擇也不是絕對的，和工件的形狀也有密切關(guān)系。形狀簡單的40Cr零件也可以使用水淬，而形狀復(fù)雜的45鋼零件也許就得使用油淬甚至鹽浴。
40Cr工件調(diào)質(zhì)的淬回火，各種參數(shù)工藝卡片都有規(guī)定，我們在實(shí)際操作中體會是：
（1）40Cr工件淬火后應(yīng)采用油冷，40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小。但是小型企業(yè)在供油緊張的情況下，對形狀不復(fù)雜的工件，可以在水中淬火，并未發(fā)現(xiàn)開裂，只是操作者要憑經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)格掌握入水、出水的溫度。
（2）40Cr工件調(diào)質(zhì)后硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加20~50℃，不然，硬度降低困難。
（3）40Cr工件高溫回火后，形狀復(fù)雜的在油中冷卻，簡單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響。回火快冷后的工件，必要時(shí)再施以消除應(yīng)力處理。
中碳鋼熱處理后能夠達(dá)到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。所以在中等強(qiáng)度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應(yīng)用，除作為建筑材料外，還大量用于制造各種機(jī)械零件。而中碳鋼只要溫度夠，保溫時(shí)間夠一般都是可能達(dá)到這個(gè)硬度值的，要是不變形是不可能的事。建議一是有加工余量，然后上磨床加工，二是表面淬火。
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