PAGEPAGE16減速機用45鋼的調質熱處理作業指導書（討論稿）45鋼是中碳結構鋼，加工性能好，機械性能較高，且價格低、用途廣，在軟齒面減速機中用于制作軸類零件。45鋼的最大弱點是淬透性低，如果把握不好，容易出現不合格品。為了進一步穩定熱處理質量，現提出對45鋼的熱處理工藝作業指導意見，與熱處理質量控制標準一并執行。一、熱處理工藝基本要求：熱處理是將材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部組織結構,來控制其性能的一種綜合工藝過程。在實際生產過程中，要使熱處理這道加工工序順利有效的執行，通常需要以下幾個方面的要求：a.具有一定專業理論水平，熟悉本職業務的技術人員和檢驗人員以及經過培訓，具有工作責任心的操作人員。b.熱處理工藝文件。本廠所處理的產品材料都是45鋼，所用熱處理工藝文件為自編表格：45鋼熱處理工藝規程表以及作業指導書。c.熱處理加熱設備：RT3-180-9全纖維中溫臺車爐（淬火加熱爐）一臺、RJ2-120-6井式回火爐一臺以及相應的監控記錄儀器。d.熱處理淬火槽和淬火介質：熱處理淬火槽3個（其中一個為備用槽，另外兩個為生產中使用的淬火槽）,淬火介質為濃度10%鹽水。e.檢驗設備及器具：鹽水密度計，溫度計（測淬火介質溫度），臺式洛氏硬度計一臺，便攜式里氏硬度計一臺。二、工藝規范2.1熱處理調質件的最終硬度應該在工藝文件的要求范圍之內。2.2工藝操作流程基本要求 2.2.1（1）淬火加熱溫度：820圖（1）淬火加熱曲線圖(1)形狀復雜的碳鋼件及部分合金鋼件（見表1），冷卻用水或油。(2)形狀復雜的碳鋼件及部分合金鋼件（見表1），采用此段。（2）回火回火溫度：530℃~圖（2）回火曲線加熱圖注：①供參考，530℃以下按此系數計算回火時間，540℃（3）熱處理調質的溫度和保溫時間的幾點說明：a、“透”系指工件裝爐后，爐子到溫起至工件與爐膛火色一致止的時間。b、裝爐溫度欄之“不限”一般系指不超過曲線中保溫溫度以下的各溫度。（如曲線中有兩個保溫溫度，則應不超過第一段的保溫溫度）。c、淬火、回火溫度范圍是供生產中在這段區間內選用的，不是指一爐允許的溫度偏差，一般情況下選用中限。2.2.22.2.32.2.42.2.5具體要求如下：（1）熱處理調質的溫度和保溫時間應按45鋼工藝規程表執行；淬火后的硬度應該達到55~60HRC；淬火介質（鹽水）的溫度應該控制在20~40℃（2）調質工藝過程中進行兩次檢驗，即淬火前對淬火介質溫度的確認（淬火介質的溫度是否在要求的范圍20℃~40℃2.2.6．檢驗及形成的記錄：a、熱處理操作工人需要對調質零件的圖號、淬火溫度、淬火保溫時間、回火溫度、回火保溫時間、淬火硬度、回火硬度、淬火介質（鹽水）的溫度和鹽度做好記錄。b、自動記錄儀形成的記錄曲線，必須及時回收，由質控部檢查和存檔。c、淬火介質（鹽水）的溫度、淬火后零件硬度兩項記錄，需由操作記錄人員和跟班質檢員共同簽字確認！d、技術部工藝人員負責抽查、監督各項記錄工作，并定期向熱處理車間工人收取記錄資料，以供建檔系統分析熱處理工藝過程中參數的合理性。三、工藝說明及相關解釋45鋼淬火溫度在A3（780℃）+(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，可能會出現因加熱不均勻造成硬度不足的現象。但也要注意保溫時間不能過長，否則會因為45鋼淬透性低，故應采用冷卻速度大的10~12%鹽水溶液。工件入水后，應該淬透，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，奧氏體迅速轉變為馬氏體造成過大的組織應力所致。因此，當淬火工件快冷到該溫度區域，就應采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經驗操作，當水中的工件抖動停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入后水宜動不宜靜，應按照工件的幾何形狀，作規則的上下、左右勻速運動。

45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為530~560℃，硬度要求為HRC22~28。因為調質的目的是得到綜合機械性能，所以硬度范圍比較寬。所以要嚴格按圖紙要求調整回火溫度，以保證硬度。關于回火保溫時間，視硬度要求和工件大小而定，回火后的硬度取決于回火溫度，但必須有充足的回火時間以保證回透，一般工件回火保溫時間總在1.5~2小時應當特別注意的是環境溫度、濕度對回火冷卻的影響。冬季氣溫低，春季濕度大，都會加大回火硬度。此時應注意調整回火溫度到上限，并且采取遮風、避雨等措施，并盡量避免讓工件直接與潮濕的地面接觸。四、操作注意事項：影響調質工件的質量，操作工的水平是個重要因素，同時，還有設備、材料和調質前加工等多方面的原因：

（1）工件從加熱爐轉移到冷卻槽速度緩慢，工件入水的溫度已降到低于Ar3臨界點，產生部分分解，工件得到不完全淬火組織，達不到硬度要求。所以必須快速出爐并快速入水。（2）工件裝爐量要合理，工件不能相互重疊擠壓，裝爐時，應按照零件大小，由里到外裝放。

（3）工件入水排列應保持一定距離，如果排列過密，使工件近處蒸氣膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。

（4）開爐淬火，不能一次裝框淬完的，應視爐溫下降程度，中途閉爐重新升溫，以便前后工件淬后硬度一致。

（5）要注意冷卻液的溫度，10%鹽水的溫度如高于40℃（6）未經加工毛坯調質，硬度不會均勻，如要得到好的調質質量，毛坯應粗車，如有錐面形狀必須粗加工出來，預留的加工余量不能過大（最好將余量控制在3-4mm），否則會影響零件的最終熱處理效果。

（7）嚴把質量關，淬火后硬度偏低1~3個單位，可以調整回火溫度來達到硬度要求。但淬火后工件硬度過低，有的甚至只有25~35HRC，必須重新淬火，在這種情況下，絕不允許單純通過調整回火溫度以達到圖紙要求完事！不然，失去了調質的意義，會產生嚴重的后果。附:45鋼相關熱處理特性及熱處理晶相組織1、45鋼為亞共析鋼，如圖3中藍色線條所示，45鋼液態合金在1-2點溫度發生勻晶轉變，結晶出高溫鐵素體。冷卻到2點溫度（1495℃）開始在恒溫下發生包晶轉變，即L+δ=A，形成奧氏體，轉變結束后仍有液相剩余。剩余的液相在2-3點發生勻晶轉變，不斷結晶出奧氏體，直至3點溫度結晶完畢，合金為單相奧氏體組織。3-4點組織不發生變化。4-5點發生同素異構轉變，從奧氏體中析出鐵素體。冷卻至5點溫度（727℃）時，開始在恒溫下發生共析轉變，剩余奧氏體全部轉化為珠光體。在此過程中原先析出的鐵素體（稱為先共析鐵素體）保持不變。共析轉變結束后繼續冷卻，從先共析鐵素體和共析鐵素體中沿晶界析出Fe3CⅢ，由于數量很少，同樣忽略不計。因此，亞共析鋼的室溫組織為F+P，組成相仍為F+圖3

45亞共析鋼平恒冷卻轉變示意圖（藍色線條）2、過冷奧氏體的連續冷卻轉變當奧氏體緩慢冷卻時（相當于爐冷，如圖4中υ1），轉變產物接近平衡組織，即珠光體和鐵素體。隨著冷卻速度的增大，即υ3>υ2>υ1時，奧氏體的過冷度逐漸增大，析出的鐵素體越來越少，而珠光體的量逐漸增加，組織變得更細，此時析出的少量鐵素體多分布在晶粒的邊界上。因此，v1的組織為鐵素體+珠光體；v2的組織為鐵素體+索氏體；v3的組織為鐵素體+屈氏體。當冷卻速度為v4時，析出很少量的網狀鐵素體和屈氏體（有時可見到少量貝氏體），奧氏體則主要轉變為馬氏體和屈氏體；當冷卻速度v5超過臨界冷卻速度時，鋼全部轉變為馬氏體組織。圖4.共析鋼TTT曲線和CCT曲線的比較及其轉變組織3、45鋼在熱處理過程中的相關晶相組織圖光學放大倍數：100×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：鍛造后正火處理基體組織說明：基體組織為片狀珠光體+網狀、塊狀鐵素體，晶粒度為5～7級，個別是4級。圖545正火處理的晶相組織光學放大倍數：500×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：鍛造后正火處理基體組織說明：圖45-01放大。圖645正火處理的晶相組織浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：鍛造后正火處理基體組織說明：基體為片狀珠光體，白色為鐵素體，構成網絡狀分布，晶粒大小極不均勻，大晶粒約為2～3級，細晶粒為8級。圖745鍛造后正火處理的晶相組織組織及說明：基體為片狀珠光體，白色為鐵素體，構成網絡狀分布，晶粒大小極不均勻，大晶粒約為2～3級，細晶粒為8級。細晶粒聚集分布。45鋼出現上述組織是由于高溫保溫時間較短、冷卻較快所形成的，出現粗大晶粒將會明顯降低材料的力學性能；可采用重新加熱、延長保溫時間后冷卻，組織可得到改善，性能也會隨之提高。光學放大倍數：100×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：退火處理基體組織說明：基體組織為珠光體及鐵素體圖845退火處理的晶相組織組織及說明：基體組織為珠光體及鐵素體。鐵素體沿奧氏體晶界呈網絡狀分布。片狀珠光體的體積分數約占基體總體積分數的55%，由此可以推算出鋼中W（C)為45%。同時，從網絡狀分布的鐵素體可以看出，此鋼退火溫度不高；故其晶粒細小。這種鋼在退火狀態下強度是偏低的，為了充分發揮材料的潛力，通常于采用調質或正火處理。光學放大倍數：500×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：處理：720℃退火處理基體組織說明：基體為球粒化珠光體及鐵素體。圖945鋼720℃組織及說明：基體為球粒化珠光體及鐵素體。45鋼經過720℃光學放大倍數：500×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：810基體組織說明：白色基體為鐵素體，其上有呈團狀分布的片狀珠光體，并有少量滲碳體呈球狀分布。圖1045鋼810℃組織及說明：白色基體為鐵素體，其上有呈團塊狀分布的片狀珠光體，并有少量滲碳體呈球狀分布。隨著退火溫度的升高，一部分球狀滲碳體溶入奧氏體；在隨后的冷卻過程中，至共析反應時，即自奧氏體中析出片狀珠光體，極少量未溶解的球粒狀滲碳體仍被保留下來。此組織屬不完全退火顯微組織；由于組織中出現片狀珠光體，故不宜作冷擠壓的零件。光學放大倍數：500×圖號：45-08浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：860℃基體組織說明：針狀淬火馬氏體，其針葉大小中等圖1145鋼860℃光學放大倍數：500×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：處理：熱鍛后直接淬油基體組織說明：基體組織為較粗的中碳馬氏體、極少量殘留奧氏體，以及沿晶界分布的黑色團狀的托氏體，托氏體的體積分數約為5%。圖1245鋼鍛后淬油的晶相組織組織及說明：基體組織為較粗的中碳馬氏體、極少量殘留奧氏體，以及沿晶界分布的黑色團狀的托氏體，托氏體的體積分數約為5%。在形變熱處理的顯微組織中，可允許存在托氏體的體積分數為5%左右。鋼在再結晶溫度以上進行壓力加工，由壓力加工導致塑性變形而引起的加工硬化，可以立即通過再結晶來消除，因此再熱加工過程中，金屬內部將同時發生加工硬化和再結晶軟化，這兩個相反的作用，在一般情況下剛好抵消，但有時則不能榨抵，這要視變形的程度和加熱溫度而定，若變形度大、加熱溫度低，則由加工變形引起的硬化因素將占優勢，反之，則再結晶和晶粒長大占優勢，此時由于晶粒長大將使鋼的性能變壞。光學放大倍數：500×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：處理：高頻感應加熱淬火基體組織說明：基體組織為成排分布的粗大中碳淬火馬氏體。圖1345鋼高頻淬火的晶相組織組織及說明：基體組織為成排分布的粗大中碳淬火馬氏體。由于高頻感應加熱溫度過高。致使奧氏體晶粒

迅速長大，淬火后獲得成排分布的粗針狀馬氏體；這種組織將使鋼的脆性增大，內應力也較大，在使用時易發生開裂。光學放大倍數：500×浸蝕劑：4%硝酸酒精材料及狀態：45鋼處理：處理：860～880℃加熱保溫3h后水冷，600℃+20基體組織說明：片狀珠光體及呈白色網狀、針狀和塊狀分布的鐵素體。晶粒大小不太均勻，有輕微的魏氏組織。圖1445調質處理的晶相組織組織及說明：片狀珠光體及呈白色網狀、針狀和塊狀分布的鐵素體。晶粒大小不太均勻，有輕微的魏氏組織。試樣取自一軸類零件的心部。該軸鍛造退火后再經淬火、回火處理。由于軸的截面較大以及45鋼的淬透性差，心部實際上并未得到淬火處理，而是經受一次正火處理。由顯微組織的分布情況可知，心部的加熱溫度稍有過熱，一方面使晶粒大小不均勻；另一方面，在基體組織中出現了輕度的過熱魏氏組織。光學放大倍數：500×浸蝕劑