45钢热处理工艺及其组织性能

第５期（总第１７４期）

２０１２年１０月机械工程与自动化

ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５

Ｏｃｔ．

文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０２０３－０

２４５钢热处理工艺及其组织性能

赵　琳

（山西省机电设计研究院，山西　太原　０３０００９

）摘要：通过对４５钢进行正火、淬火、中温回火等热处理工艺后，能显著提高４５钢的综合力学性能和切削加工性能，使其具有较高的弹性极限和韧性，使它的芯部强韧性及表面硬度都有所提高，大大降低了生产成本。

关键词：热处理工艺；４５钢；组织性能中图分类号：ＴＧ１６１ 文献标识码：Ｂ

收稿日期：２０１２－０４－１３；修回日期：２０１２－０４－２

５作者简介：赵琳（１９７６－）

，女，山西和顺人，工程师，本科，主要从事热处理工作。１　概述

４５钢性价比较高，

是一种优质碳素结构用钢，因此使用范围较为广泛。４５钢的硬度不是很高并且容易进行切削加工，经常用来制作模具中的模板、导柱

等，

但是机加工前必须预先经过热处理。轴类零件也常选用４５钢，

但是要通过表面淬火，如高频淬火或者是直接淬火（淬火后表面硬度可达４５ＨＲＣ～

５２ＨＲＣ）

，以获得需要的表面硬度、强度和韧性等综合机械性能。２　４５钢的化学成分及临界温度

４５钢的化学成分及临界温度工艺参数见表１。

表１　４５钢的化学成分及临界温度

化学成分（％）

临界温度（℃）

Ｃ　

Ｓｉ　

Ｍｎ　

Ｐ　

Ｓ　

Ｎｉ　

Ｃｒ　

Ｃｕ　Ａｃ１

Ａｃ３Ａｒ３Ａｒ１

０．４２～０．５０　０．１７～０．３７　０．５０～０．８０　０．０３５　０．０３５　０．２５　０．２５　０．２５　７２４　７８０　７５１　６

８２３　４５钢的性质

４５钢的硬度较低，

强度较高，塑性和韧性尚好，切削加工性能较好，除了用来做模具的模板、导柱外，还经常用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件。

综合机械性能较好是４５钢的特性，４５钢是中碳钢，表面硬度低，不耐磨。如果需要较高的表面硬度，可以对４５钢进行调质和表面淬火来使工件的表面硬

度得到提高，

对心部强度要求不高的表面淬火零件常见的有曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。但在水淬

时有形成裂纹的倾向，

所以用来制作形状复杂的零件时应在热水或油中淬火。４　４５钢热处理工艺的制定

现以某工厂的４５钢短轴为例，

其加工工艺流程如下：

下料→锻造→粗机械加工→正火→精机械加工→箱式炉淬火、回火→精磨。其热处理技术要求如下：箱式炉加热淬火、回火，硬度达到４０ＨＲＣ～４５ＨＲＣ。下面对其热处理工艺进行简要说明：

（１）正火。４５钢属于中碳结构钢，

正火工艺的目的在于细化晶粒、调整钢的硬度、改善切削加工性能，

同时改善锻造组织、消除锻造应力，赋予轴整体的最终力学性能。一般低碳钢和中碳结构钢多采用正火作为预备热处理，４５钢短轴的正火工艺参数见表２。

表２　４５钢正火工艺参数

热处理项目

加热温度（℃）保温时间（ｈ）冷却方式正火

８４０～８６０　

１～１．５

出炉空冷

（２）淬火。淬火是为了得到马氏体组织，再经过回火后，可使工件获得良好的使用性能。４５钢的奥氏体稳定性较差，要想获得高硬度的马氏体组织，必须要在加热后快速进行淬火冷却。但４５钢的导热性比较好，淬火时是直接进炉加热，加热温度一般为８２０℃～

８６０℃。以短轴为例，加热温度约为７６０℃～７８０℃，

保温０．５ｈ，

此处需要注意的是，如果保温时间过长，４５钢表面就无法获得晶粒细小均匀的马氏体组织，

并且氧化脱碳严重，淬火质量达不到要求。在工件装炉

量过大的情况下，可以将保温时间延长大约０．２５ｈ。

由于４５钢是淬透性较低的钢材，因此宜选用具有较大的冷却能力且淬火变形小、开裂性小的三硝水作为冷

却介质，以代替水－油双液淬火或碱液的分级淬火，达到简化操作过程、改善劳动条件、降低生产成本、提高产品质量的目的。具体的４５钢淬火工艺参数见表３。

表３　４５钢淬火工艺参数

热处理项目

加热温度（℃）保温时间（ｈ）冷却方式硬度（ＨＳ）淬火

７６０～７８０　

０．５

三硝水

４０～４５

（３）回火。部分轴类零件要求强度高，有些要求硬度高，所以通过淬火后的回火来得到所需要的力学性能指标。工件通过在２５０℃～５００℃之间进行的中

温回火后弹性极限和屈服强度高，

内应力基本消除，有一定韧性。回火后得到回火屈氏体（马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物或渗碳

体的复相组织），硬度约为３５ＨＲＣ～５０ＨＲＣ。一般

来说，硬度要求和工件大小可以决定回火保温时间的

长短，也可以说工件的硬度大小取决于回火后的回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，大部分工件的回火保温时间在１ｈ以上。具体到本例，因为４５钢短轴淬火后硬度达到５６ＨＲＣ～５９ＨＲＣ，

为满足图纸上工件的硬度要求，

需要进行中温回火来保证工件的最终硬度要求，具体的回火工艺参数见表４。

表４　４５钢回火工艺参数

热处理项目加热温度（℃）保温时间（ｈ）冷却方式硬度（ＨＳ）中温回火

４００～４４０　

１

水

４０～４５

５　实验结果

４５钢短轴经过正火、

淬火、中温回火处理后，具有回火屈氏体组织，

其主要特征为极细小的粒状碳化物分布在铁素体基体内，针状形态逐渐消失，只是隐约可见，碳化物在电镜下能清晰分辨两相，可以看出碳化物

颗粒已明显长大（在光学显微镜下不能分辨，只能观察到暗黑的组织），具有较高的弹性极限和韧性，其心部

强韧性及表面硬度显著提高。６　结论

通过正火、淬火、中温回火等热处理工艺，改变了

４５钢的内部组织，从而改变其性能，使４５钢短轴具有

了优良的综合机械性能和良好的切削加工性能，不仅改善了表面耐磨性，而且工件中心部分也得到了较高

韧性，

满足了使用要求。参考文献：

［１］　张圭丰．金属工艺学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８８．［２］　樊东黎．热处理工程师手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９６．［３］　许德珠．机械工程材料［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９２．［４］　胡光立，谢希文．钢的热处理（原理和工艺）［Ｍ］．西安：西北工业大学出版社，２０１０．［５］　王忠诚，

齐宝森，李扬．典型零件热处理技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１０．

Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ｏｆ　４５　Ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ＩｔｓＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐ

ｅｒｔｉｅｓＺＨＡＯ　

Ｌｉｎ（Ｓｈａｎｘｉ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙ

ｕａｎ　０３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ，ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ　

ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　４５ｓｔｅｅｌ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｏｏｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｉｇｈｅｒ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｌｉｍｉｔ　ａｎｄ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ．Ｓｏ　ｉｔｓ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ａｒｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｇｒｅａｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；４５ｓｔｅｅｌ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐ櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆

ｅｒｔｉｅｓ（上接第２０２页）

参考文献：

［１］　刘力．

机械制图［Ｍ］．第３版．北京：高等教育出版社，２００８．

［２］　马立波，景桂荣．ＡｕｔｏＣＡＤ　２００８实用教程［Ｍ］．北京：科学出版社，２００９．

［３］　李绍鹏，

刘冬敏．机械制图［Ｍ］．上海：复旦大学出版社，２０１１．

Ａ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｄｒａｗｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　Ｒａｐｉｄｌｙ　

ａｎｄ　ＡｃｃｕｒａｔｅｌｙＨＡＮ　Ｓｈｕ－ｊ

ｉｅ（Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｏｃｅａｎ　Ｓｈｉｐｐｉｎｇ　

Ｍａｒｉｎｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０７１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｂａｓｉｃ　ｂｏｄｉｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐｌａｎｅｓ　ｗｉｔｈ　ｂａｓｉｃ　ｂｏｄｉｅｓ　ｗｉｌｌ　ｌｅａｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　

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ｉｎｎｅｒ　ｍａｓｔｅｒ　ｖａｒｉｏｕｓｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ　ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ　ｅａｓｉｌｙ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｒｏｌｅ　ｔｏ　ｔｅａｃｈｅｒｓ．Ｋｅｙ　

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４０２·机械工程与自动化 ２０１２年第５期