钢亚温淬火.doc

45钢淬火设计 姓名学号所属单位指导老师王燕16号材料科学06-1班王温银教授45钢亚温淬火最佳工艺设计指导老师王温银教授 作者 王燕摘要本篇论文研究了45钢常规淬火和亚温淬火后的组织及性能。试验结果表明,45钢淬火后机械性能的变化主要是马氏体、铁素体形态的影响，因此，正确选用亚温淬火工艺可使45钢得到最佳强韧配合效果。关键词45钢 亚温淬火 机械性能热处理 工艺断口形貌 强韧配合 前言亚温淬火作为钢的一种强韧化工艺，正在国内外迅速发展。目前所研究的材料多属低、碳钢和低、中碳合金钢，如15、20、45、12CrNi3,16Mn, 20SiMn、30CrMnSi、35CrMo、40Cr、40CrNi 、 60SiZMn等结构钢。45钢价格低廉，工艺性能好，因此，在机械制造中得到广泛的应用。本试验试图通过45钢亚温淬火处理，提高材料的强度和冲击韧性，寻求45钢获得最佳机械性能的热处理工艺，达到最佳强韧配合效果，以充分发挥材料的潜力。在本论文的写作中，我参考了许多书籍，以及网上的资料，并回忆了以前课堂上、实验中的所讲所做。所以再次感谢教我的王教授，史老师，顾老师。试验方法本实验采用45钢，碳含量0.43%。光滑拉伸试样尺寸=100mm , =10mm;缺口拉伸试样尺寸=100mm, =10mm, w=60;冲击试样尺寸551010mm,U型缺口。1.1热处理规范 (1)亚温淬火处理:770一78020min淬入10%的盐水中，220C 1. 5h回火空冷。 (2)常规热处理:830 一84020min淬入10%的盐水中，2201.5h、400 1. 5h、5501. 5h回火。 （利用盐浴可以将试样全部淬透，提高准确程度）1. 2试验设备和方法金相试验在PMG613U型金相显微镜下进行拉伸试验在AMSIER-250吨油压式全能机上单向拉伸在JB-30D冲击试验机上测值在HW187. 5布洛维三用硬度计上测硬度在BS350电子显微镜下观察冲击试样断口形貌。试验结果与分析2-1试验结果拉伸试验结果见表1，冲击试验和硬度试验结果见表2。2- 2试验结果分析测得抗拉强度在光滑拉伸试验840加热淬火220回火时，为 = 906. 4在光滑拉伸试验780 加热淬火220回火时为= 1240. 74，故光滑拉伸亚温淬火220回火时比常观加热淬火220回火抗拉强度提高了(1240. 74 - 906. 4 )/906.4 =36. 88。而60缺口拉伸试样780加热淬火220回火时， =1254. 04MPa/mz ; 60缺口拉伸试样840加热淬火220回火时=1560. 48。故60缺口拉伸亚温淬火220回火比常规淬火220回火抗拉强度提高(1560. 48-1254. 04 ) /1254. 04= 24. 44。由试验结果可知，亚温淬火硬度比常规低，亚温淬火、低温回火后的机械性能比常规高，而中温回火、高温回火后的机械性能与常规淬火后进行中、高温回火机械性能比较接近。2- 3金相分析45钢亚温淬火获得在马氏体基底上保留着少量弥散分布的铁素体(见图1(a)，常规淬火得到针状、片状混合马氏体(见图1(b)。 亚温淬火因温度低、加热时间短，珠光体的渗碳体没有完全溶解到奥氏体中，阻碍奥氏体的晶粒长大。因此，淬火后晶粒细小。马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体中碳的浓度。在碳浓度小于0. 5%的范围内，马氏体的强度和硬度随着碳浓度的升高急剧增大; 碳浓度为0.2%的低碳马氏体，可达到HRC50硬度，抗拉强度最高，可达1500;碳浓度提高到0.4%,硬度就能达到HRC60左右, 45钢780 亚温淬火，HRC在50-55之间，马氏体碳浓度在0.25%0.3%之间。 图1 45钢淬火金相组织 影响未溶铁素体含量的主要因素是亚温淬火的浓度和时间。亚温淬火比常温淬火温度低，热应力、组织应力较小，韧性好。 45钢亚温淬火400回火后还可区分铁素体、马氏体二相组织，而经高温回火后马氏体分解为回火索氏体。45钢调质处理后塑性高，调质处理与亚温淬火高温回火的塑性相差小。亚温淬火金相组织中未溶铁素体呈块状分布时，钢的性能低(=)，见图2(a)。而铁素体呈弥散粒状分布时，强韧性最高可达6J/cm，见图2(b)。图（2）45钢亚温淬火金相组织中的未溶铁素体状态淬火加热温度与铁素体含量及分布形态：试验过程中发现，在700 800范围内，随淬火温度升高，淬火组织中铁素体含量逐步减少，马氏体量增加，780淬火组织中有较多的铁素体(见图3 a)，因此钢的强、硬度较低;当淬火温度达到840后，组织中的铁素体已经很少，仅有2%5%，其余全部为马氏体组织(见图3b)。组织分析表明，淬火温度不同，淬火组织中的铁素体不仅含量发生变化，其分布形态也发生较大的改变（700淬火，铁素体的形态以块状为主(见图3c)）。随淬火温度升高，块状铁素体减少。770淬火，铁素体的形态为网状分布于奥氏体晶界(见图3d) . 800淬火，块状和网状铁素体基本消失，少量铁素体孤立分布于马氏体组织中(见图3b)。2. 4断口宏观形貌分析(1)冲击断口特征 780加热淬火220回火，冲击试样的宏观形貌如图3(a),其破断是从试样U形缺口的根部开始的。在根部形成第一个纤维区，然后是放射区，再后又出现第二个纤维区，两个纤维以不在同一个平面上。其他三个侧面有白亮色剪切唇，断面大致与正交力方向呈45夹角。 由840淬火冲击试样的宏观形貌观察可见，断口平整而光亮，为粗糙的结晶状断口，剪切唇不明显(见图3(b)。 (2)拉伸试样断口特征 由780淬火、220回火光滑拉伸试样宏观断口形貌观察可见，断口为暗灰色，纤维状，断面边缘有呈白亮色的剪切唇。 由840 淬火330 火光滑拉伸试样宏观断口形貌观察可见，断口平齐，呈结晶状，三个区不明显。 (3)冲击试样断口电镜分析780淬火、220回火冲击试样在缺口附近有明显的剪切韧窝(见图4(a)，在剪切唇附近有明显的撕裂棱，图4(b)为撕裂韧窝。断口微观特征表明，其韧性较好。840淬火220回火冲击试样断口有明显河流花样(见图4（c）)，“河流花样”本身就是台阶存在的标志，它们是解理断裂最重要的特征。 结论 (1)45钢亚温淬火220回火后的抗拉强度比常规淬火220回火（光滑拉伸试样)提高36. 88%,60缺口拉伸提高24. 44%，冲击韧性最高可提高10倍。 (2)亚温淬火金相组织未溶铁素体呈块状分布时性能低，而铁素体呈弥散粒状分布时强韧性提高。亚温淬火以780加热淬火时强度、韧性最好。(3