45钢正常温度淬火和过热、欠热淬火的组织硬度实验

陆凌凯　曹欢玲++许小锋

摘 要 本文实验内容是45钢在正常温度淬火和过热、欠热淬火时的金相组织观察和硬度测试。实验分6组进行，将45钢分别加热到750€癈、850€癈和950€癈，在水和20号机油中冷却，测试试样硬度，制作金相试样，观察金相组织，并进行比较与分析。

关键词 45钢 淬火 金相组织 硬度

中图分类号：TG161 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.09.023

Microstructure and Hardness Experiment of 45 Steel Normal

Temperature and Over Heat and Under Heat Quenching

LU Lingkai， CAO Huanling， XU Xiaofeng

（Zhejiang Agriculture & Forestry University， Hangzhou， Zhejiang 311300）

Abstract The content of this paper is the microstructure and hardness experiment of 45 steel normal temperature and over heat and under heat quenching. The Experiments were carried out in 6 groups. The samples was heated to 750 degrees and 850 degrees and 950 degrees， the samples were cooled in water and 20 engine oil， test sample hardness， production of metallographic specimen， observe the microstructure， and comparison and analysis the results.

Key words 45 steel； quenching； microstructure； hardness

钢的热处理工艺一般分为退火、正火、淬火和回火四种。淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用，机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。淬火是钢铁材料强化的基本手段之一，本文实验材料45钢在淬火前的硬度低于28HRC，淬火后的硬度可达到甚至超过55HRC，其硬度值的大小由热处理工艺决定。

45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。目前45钢的热处理工艺有正火、淬火与回火，一般热处理温度为：正火850℃、淬火840℃、回火600℃。 随着热处理工艺参数的变化，热处理后45 钢组织和性能随之改变。一定温度下正火时得到珠光体和铁素体组织，而淬火和回火得到的则是马氏体组织。随着加热温度、保温时间和冷却速度等的改变，热处理后所得到的组织变化主要是组织粗细和组织类型二个方面，组织粗细和组织类型是使45钢性能改变的根本原因。通常显微组织颗粒越细，材料的综合性能就越好。

1 实验设备及材料

（1）箱式电阻炉；（2）HR150型洛氏硬度计；（3）NJF-120A金相显微镜；（4）砂轮机、抛光机、金相砂纸、玻璃板及吹风机；（5）冷却剂：水、20号机油；（6）试样尺寸：45钢，形状为圆柱体30*30mm。

2 实验内容和步骤

（1）按表1将实验分成6个小组进行，每组领取样品；（2）依据铁碳合金相图，按表1给定的加热温度和保温时间，在箱式电阻炉上设定加热温度与保温时间，对试样进行加热和保温；（3）按表1将试样在水中或油中冷却；（4）将热处理试样表面打磨光滑，测出洛氏硬度值，实验数据填入表1中；（5）金相试样制备包括取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个步骤，浸蚀剂为4%硝酸酒精；（6）在金相显微镜下观察试样，并拍下金相组织照片，放大倍数500；（7）比较45钢在正常温度淬火和过热、欠热淬火后的金相组织区别，同时对硬度进行比较分析。

3 金相组织和硬度

3.1 淬火温度的选择

淬火加热温度一般在钢的临界点以上30～50℃，如图1所示。对于亚共析钢，一般加热至Ac3以上30～50℃，可使淬火马氏体细小均匀。若加热温度过高，会使奥氏体晶粒粗化，得到粗大马氏体组织，钢件容易变形及开裂；若加热温度过低，则淬火组织中会残留未完全溶解的铁素体，导致钢件淬火硬度不足，出现所谓的淬火软点。45钢属于亚共析钢，本淬火实验中，正常淬火温度选择850℃，欠热淬火温度选择750℃，过热淬火温度选择950℃。

3.2 硬度测试

对6组热处理试样分别进行硬度测试，每个试样测量3点，取平均值，测量结果见表1。

3.3 金相组织图

从水淬火处理后的金组织图中（图2、图3、图4），我们可以看到750℃水淬所得到的组织与另两幅所得到的组织有明显差异。45钢含碳量为0.45%左右，属于亚共析钢，750℃的温度在亚共析钢的临界点Ac3以下，所以当加热温度为750℃时，其组织内含有大量的铁素体，而马氏体含量却较少。850℃水淬和950℃水淬时其组织几乎全为马氏体，但马氏体的形态存在差异，850℃水淬得到的马氏体组织较细，温度增加使奥氏体晶粒变粗变大，因此得到的950℃水淬马氏体比850℃水淬马氏体粗大。图5、图6和图7为45钢加热温度分别为750℃、850℃和950℃，使用20号机油进行冷却，没有得到完全的马氏体组织。图5中可以看到铁素体组织，图5和图6中组织主要为贝氏体和珠光体，图7中珠光体组织的含量最多。

4 总结

（1）为满足机械零件千差万别的技术要求，产生了淬火工艺，包括加热、保温、冷却3个阶段。本文探究了45钢在标准温度、欠热和过热三种不同温度下，分别用水和机械油冷却后的金相组织变化及硬度差异。

（2）热处理工艺对保障机械产品质量有着重要意义，在本实验中，过热淬火和欠热淬火都是热处理的失效形式，这些失效形式会直接影响到产品的质量。因此，本文实验内容具有一定的实际意义。

（3）本实验涉及知识点较多，学生在实验过程中，能够将课本理论知识运用于实验，将工程实践与实验教学很好地结合起来，取得了良好的教学效果。

*通讯作者：曹欢玲

支持项目：浙江省特色专业资助

参考文献

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