中碳鋼的熱處理工藝介紹
鋼的熱處理：是將固態(tài)鋼材采用適當?shù)姆绞竭M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化鋼材，提高機械零件的使用性能，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性能，增加零件的強度、韌性和使用壽命，提高硬度和耐磨性。所以重要的機器零件和工具都要進行熱處理。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?？捎谜{(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，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點是淬透性低，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HRC62）為合格。實際應(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間。如果實際裝爐量大，就需適當延長保溫時間。不然，可能會出現(xiàn)因加熱不均勻造成硬度不足的現(xiàn)象。但保溫時間過長，也會也出現(xiàn)晶粒粗大，氧化脫碳嚴重的弊病，影響淬火質(zhì)量。我們認為，如裝爐量大于工藝文件的規(guī)定，加熱保溫時間需延長1/5。因為45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，這是因為當工件冷卻到180℃左右時，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)驗操作，當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。因為調(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機械性能，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)后還要進行銑、插加工，硬度要求就低些。關(guān)于回火保溫時間，視硬度要求和工件大小而定，我們認為，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時間關(guān)系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時間總在一小時以上。
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?，F(xiàn)在采用滲碳工藝的材料，含碳量都不高，到0.30％芯部強度已經(jīng)可以達到很高，應(yīng)用上不多見。0.35％從來沒見過實例，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，含Cr0.80%～1.10%。在熱軋供貨的情況下，這1%的Cr基本不起作用，它倆的力學性能大體相當。由于40Cr的價格比45鋼貴一半左右，所以出于經(jīng)濟性的考慮能用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的強度、硬度、沖擊韌性等機械性能也明顯比45鋼高，但也是由于淬透性強，在淬火時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淬火時大多選用導(dǎo)熱性較低的油作為淬火介質(zhì)（有時也用雙液淬火法，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)驗嚴格掌握入水、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?；鼗鹂炖浜蟮墓ぜ匾獣r再施以消除應(yīng)力處理。
中碳鋼熱處理后能夠達到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。所以在中等強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械零件。而中碳鋼只要溫度夠，保溫時間夠一般都是可能達到這個硬度值的，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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