眾所周知，金屬材料的力學性能主要是由其組織機結構決定的，淬火后能否淬透，能否獲得馬氏體組織，是材料能否通過熱處理改變其力學性能的先決條件。鋼的淬透性是具體衡量獲得馬氏體組織能力的一個重要指標，淬火后獲得淬硬層深度主要取決于鋼的淬透性，但也受其他因素影響，其中尺寸是重要因素之一。45 鋼在水中的臨界淬透直徑為15~23 mm。大截面的45 鋼的淬硬層深度問題是熱處理技術人員最為關心的，因為它關系到熱處理后的工件能否達到設計要求。所以，對大截面45 鋼進行與生產實踐相一致的工況下淬硬層深度沿截面分布問題進行探索及工藝路線設計很有必要。
1 實驗方法
實驗時采用生產現場進行熱處理調質處理的45 鋼， 其化學成分為：C 0.42%~0.50%、Si 0.17%~0.37%、Mn 0.50%~0.80%，S 0.040%，P 0.040%。試樣選用直徑分別為40 mm、60 mm 、80 mm、100 mm、120 mm、155 mm 的銷軸類棒料，長度均大于直徑的2.5倍，剝去1 mm 厚的表皮后備用。試樣的淬火溫度為840 ℃，淬火介質采用10﹪的鹽水，回火溫度選用200~600 ℃。熱處理后磨去表面氧化皮，以保證硬度測試的平衡性并消除表面脫碳對工件硬度的影響，每個試樣處理后，在其長度二分之一處用砂輪機在水冷下剖開，硬度沿同心圓測定，每個硬度值測定5~10個點以提高數據的準確性。
2 實驗結論及分析
2.1 實驗結論及分析
通過實驗可以看出大截面45 鋼的淬硬層深度僅為1~5 mm， 除表層外， 大部分得不到馬氏體組織。因此，在高溫回火后僅僅是表層獲得具有良好的綜合力學性能的回火索氏體，而傳統的銷軸類零件加工路線調質處理安排在粗加工之前，按照工廠通常的調質處理件的加工余量2.5 mm， 對于大截面45 鋼來說， 經粗加工后調質處理的效果基本被消除。因此，對大截面銷軸類零件，調質處理工序應安排在粗加工之后，否則達不到要求。
2.2 用淬火加低溫回火替代調質處理
在工程機械中大量采用的大截面45 鋼銷軸類零件，有的是將調質處理作為最終熱處理，有的是把調質處理作為預備熱處理，然后再進行表面高頻淬火、中頻淬火。通過以上試驗可知，在一定條件下可以用淬火加低溫回火代替上述熱處理工序，因為淬硬層200 ℃回火得到的是回火馬氏體組織，其硬度、強度、耐磨性均要比回火索氏體高許多，且表面還產生殘余應力，提高了鋼的疲勞強度，這就相當于表面淬火所得到的1~4 mm 的硬化層深度。此外，對于大截面工件來說因淬透性的因素低溫回火的芯部性能與高溫回火相差不大，芯部性能在500℃以下沒什么變化，即低溫回火與高溫回火后的性能基本相同，還不至于增加回火脆性，影響其承受沖擊載荷的能力。應該指出用淬火加低溫回火替代調質處理僅適用加工余量不大的工件。
2.3 用正火取代調質處理作為預先熱處理
直徑大于100 mm 大截面45 鋼軸類零件的淬硬層深度僅為1~2 mm，除表層外，大部分得不到馬氏體組織。因此，在高溫回火后僅僅是表層獲得具有良好的綜合力學性能的回火索氏體，調質處理的效果十分有限。對于直徑大于100 mm 的大截面軸。類零件可以用正火取代調質而作為高頻淬火、中頻淬火的前處理工序，這樣既可達到零件的使用要求，又可以降低生產成本，節約能源，提高生產效率。
3 結論
綜上所述， 調質處理后直接使用的大截面45鋼工件，若用淬火加低溫回火替代調質處理，不但可提高鋼的硬度、強度、耐磨性，而且芯部具有一定的抵抗沖擊的能力，因而可提高零件質量，使零件壽命延長。對于直徑大于100mm的大截面軸類零件可以用正火取代調質而作為高頻淬火、中頻淬火的前處理工序。目前已經對水泥機械、重型機械的銷軸類零件用淬火加低溫回火替代調質處理，經過3年多的使用，完全能夠滿足使用要求，且大大降低了生產成本。
濟南特瑞數控刀具有限公司
2014-04-27
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