紧固件的热处理工艺设计综合实验论文(3)

淬火介质：冷却是淬火的关键工序，它关系到淬火质量的好坏，同时冷却也是淬火当中最容易出问题的的一道工序。淬火技术的高低，主要以冷却操作的优劣来体现。

一般的淬火都需要快速冷却。快速冷却是为了防止过冷奥氏体在Ms点以上发生任何分解。根据连续冷却C曲线可知，过冷奥氏体在大约650～400℃之间分解最快，因此，只需要在这一温度区间内快冷，而在这以上和以下的温度区间内，并不要求快冷。在Ms点以下反而希望冷却缓慢些，以防止淬火变形和开裂。所以，钢在淬火时，最理想的冷却方式，就是对冷却介质的要求。

根据淬火介质的冷却特性，可分为两大类：第一类、各种水质淬火剂和油质淬火剂；冷却曲线是先慢后快又变慢。第二类、各种低温盐浴、碱浴、金属浴等；当工件淬入这类介质后，由于工件和介质间温差很大，很快达到最高的冷却速度，而随着温差的减小，冷却速度及迅速减小。

由45钢的性能特征可知：45钢强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性；但焊接性能不还，淬透性较低，水淬是且有裂纹形成倾向。水淬和有淬相比：油的冷却能力比水小，但有的冷却特性比水好的多。所以最终选择油做淬火介质。

淬火方式：钢的淬火方式有4种，单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等，选择单液淬火。

将热处理炉加热到840℃，把试样放入炉中，保温10分钟，取出油淬。再对淬完火的试样，经打磨、抛光，并用4%的硝酸酒精腐蚀，观察组织。所得到

紧固件的热处理工艺设计

的室温金相组织形貌图如图2-2所示。

图2-2

试样：45钢

状态：840℃淬火状态

放大倍数：500倍

冷却介质：油

腐蚀剂：4%硝酸酒精

加热设备：中温箱式电阻

炉

组织：铁素体+托氏体+马

氏体

硬度：25HRC

说明：白色块状物为铁素

体，托氏体是极细珠光体，

易侵蚀成黑色团絮状，以

及灰白色块状马氏体。

3.3 45钢的回火

将淬火后的工件加热到低于（A1）临界温度的某一温度，保温一定时间，然后以适当的冷却方式冷至室温的工艺，即为回火。回火是紧接淬火的一道热处理工序。除某些特殊情况外，钢在淬火以后都要进行回火。回火决定着钢在使用状态的组织和性能，因此，回火是很关键的工序。回火不足还可以再次回火，但一旦回火过度，就使前功尽弃，必须重新淬火才可以。 在生产中实际采用的回火有4种：

低温回火（150～250

℃），得到回火马氏体组织，工件硬度高，耐磨性好，疲劳抗力大。多用于刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承、精密偶件以及超高强度钢构件。

中温回火（350～500℃），得到回火屈氏体组织，屈强比（σs/σb）高，弹性好。多用于各种弹簧的热处理。

高温回火（500～650℃），得到回火索氏体组织，强度和韧性的综合性能高。多用于轴类、连杆、连接件等。调质处理即为淬火加高温回火。

45钢是应用最广的一种钢，为高强度中碳钢。其特点是强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性。所以进行高温回火。

回火温度：因为是调质处理（淬火+高温回火），所以选择高温回火，温度范围为500～650℃之间，最终确定600℃回火。

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回火时间：根据回火保温时间参数表，回火类型为高温回火，加热炉为空气炉，工件有效厚度<25mm，所以最终选择保温时间τ=50分钟。

回火冷却：因为不用担心工件开裂，和第二类回火脆，所以选择空冷。 将热处理炉加热到600℃，把试样放入炉中，保温50分钟，取出空冷。对试样打磨、抛光，并用4%的硝酸酒精腐蚀，观察组织。所得到的室温金相组织形貌图如图2-3所示。

图2-3

试样：45钢

状态：600℃高温回火

放大倍数：500倍

冷却介质：空气

加热设备：高温电阻炉

腐蚀剂：4%硝酸酒精

组织：回火索氏体

硬度：20HRC

说明：铁素体与粒状碳化

物的混合物

第四章 实验结果分析

我们知道随着45钢热处理方式的不同，热处理后的组织和性能具有很大的差异，现在我们主要分析热处理后组织性能。

4.1 金相组织分析依据

经过多年的发展，对于钢的热处理知识，我们研究的越来越深，从前人的研究成果中我们知道为使钢件经热处理后能获得所要求的组织和性能，大多数的热处理工艺都需要先将钢件加热至临界点以上，使之转变为奥氏体，及奥氏体化，然后再以一定的方式冷却使之转变为所需的组织。钢加热时形成的奥氏体组织形态对热处理后的组织和性能有很大的影响。因此加热转变是钢进行各种热处理的基础。

珠光体是钢铁材料热处理过程中出现的另一种重要组织。珠光体转变发生在过冷奥氏体转变的高温区，又称为高温转变，属于扩散型相变。钢铁材料在退火和正火中都要求发生珠光体转变，而淬火时则力求避免发生珠光体转变。

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我们知道碳在钢铁中可以有四种形式存在：碳原子溶于α—Fe形成的固溶体，称为铁素体；碳原子溶于γ—Fe形成的固溶体，称为奥氏体；碳原子与Fe原子形成的复杂结构的化合物Fe3C，称为渗碳体；或者是游离态的石墨，其中Fe3C是亚稳态，一定条件下会分解为铁和石墨。所以研究钢热处理后的组织将参照于Fe、Fe3C和C的分布情况相关的铁碳相图。如图3-1所示。

4.2 45钢淬火组织分析

45钢的含碳量为C%=0.42～0.50%，从铁碳相图我们可以看出加热温度在750℃～930℃之间时45钢会与GS线有交点，该点即为其临界点Ac3，从图中我

们可以看出Ac3点的温度约为780℃。所以可知在840℃和930℃加热温度下45

钢均完全奥氏体化，而加热温度在低于这个温度时，45钢当中还残存有α相。这一点正好说明了图2—2中出现铁素体以及硬度不够的原因。图2—2为45钢840℃在中温箱式电阻炉加热后油淬得到的金相组织。按理论知识，应用这个热处理工艺得到的组织应该为托氏体+马氏体，可是出现了铁素体组织。淬火组织中出现铁素体组织的原因有两个：第一、淬火时，淬火介质的冷速不足；主要是淬火介质选择不合理，淬火介质油的冷却速度比较小，应该选用较大冷却速

度的介质。冷却速度比油快的有水、盐水和碱水等。水、盐水、碱水三者相比

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较，盐水和碱水的冷却速度比水的高，但是碱水对工件有腐蚀，所以选择盐水，而盐水的浓度在10%时冷却能力最好，所以选择10%的盐水作为淬火介质。第二、淬火时加热温度不足。淬火时使用的加热炉是中温箱式电阻炉，主要靠辐射传热，且加热方式是到温入炉，在装入工件过程中，空气对流，炉内温度下降，使加热温度不足。所以加热温度应该取45钢淬火的上限，即加热温度升为860℃，保温10分钟。这样就可以消除块状铁素体，得到所需的性能。

4.3 45钢回火组织分析

45钢淬火后回火，得到的组织为回火索氏体，硬度达到要求，因此回火的工艺是合理的。

第五章 结论

热处理工艺对钢铁材料物理和化学性能有很大的影响，因此控制热处理工艺对钢铁材料性能的提升具有重大意义。在本次设计中我们通过不同的热处理方式来探讨热处理工艺对45钢组织和性能的影响。对实验结果分析得到以下规律：45钢热处理 …… 此处隐藏：2547字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……