摘要：在制造业中，以45号钢为原材料的结构件种类和数量众多。45号钢是碳素结构钢，其具有造价成本低、良好切削性能等特点。但是45号钢的硬度不高，未经处理的45号钢很难满足对硬度要求较高的场合。因此对45号钢热处理进行探究是十分必要的。本论文针对45号钢热处理工艺常见问题及其预防措施展开研究。
关键词：45号钢；处理工艺；性能
Process ananysis of heat treatment for 45 steel
Abstract In manufacture industry，there are many products that are using 45 steel as raw material.45 steel is carbon structure steel，it has low cost，and easy for cutting.But the hardness is not high，it cann’t be used in the situation which require high hardness if it didn’t do heat treatment.So it is important to do ananysis for the heat treatment of 45 steel.This article is about the discussion for the heat treatment of 45 steel.
Key words 45 steel，heat treatment，property
引言：
45号钢的应用十分广泛，主要在于其具有良好的综合机械性能，经过处理后可以将其硬度控制在合理的范围内，从而满足实际使用需求。本文针对45号钢传统热处理工艺进行分析，指出传统热处理工艺中的不足，提出改进建议。
一、45号钢常见热处理工艺分析
45号钢是碳素结构用钢，质量优良。45号钢的含碳量在0.42%~0.5%左右，Mn含量在0.5%~0.8%，Si含量在0.17%~0.37%，Cr含量≤0.25%，Ni含量≤0.3%。45号钢可以用来制造各种强度要求较高的零部件，诸如轴、曲轴、活塞销，以及各种工夹具等等。这些零件的共同要求是表面具有较高的硬度，同时具有较好的耐磨性，内部还需具有一定的强度和韧性。
如果对其进行热处理，可以改善其综合性能。因此，对此进行探究是十分必要的，具有指导意义。
45号钢的导热性非常好，淬火的过程中，不需要预热，可以直接在炉中加热。通常对45号钢进行淬火的过程中，加热的温度介于600摄氏度至820摄氏度之间。当45号钢的温度趋近780摄氏度的时候，即达到了临界温度。如果工件的截面尺寸差距很大，在淬火的过程中，就容易导致裂纹出现。对45号钢进行合理的温度控制，当达到临界温度的时候采用淬火技术，就可以使得裂纹问题的发生几率大大降低[1]。
还可采用高频淬火技术，使用感应加热设备加热工件。这样可以使得零部件的表面温度迅速提升，之后再采用淬火处理技术。这种对45号钢进行热处理的方法，可以提高45号钢的质量。45号钢采用高频淬火技术，与其他的钢材料相比较，温度要高出80摄氏度至100摄氏度，甚至更高。采用这种方式对45号钢进行高频淬火，可以提升加热的速度，增加应力，同时还可提高耐磨性和疲劳抗力，同时降低缺口处的敏感性[2]。
此外，采用调质处理方法，可以使零件具有良好的综合机械性能。从而能广泛应用于各种重要的结构零件，特别是在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。如果零件表面硬度较低，不耐磨，还可采用调质加表面淬火来提高零件表面硬度。
二、45号钢传统热处理工艺技术中所存在的不足
（一）硬度偏低
45号钢进行热处理之后，硬度需要达到规定的要求。通常表面的硬度要求为HRC56~HRC59.如果出现硬度达不到要求的现象，则主要原因如下：
1）45号钢材料中的含碳量不符合规定的指标；
2）当45号钢材料进入到淬火加热环节时，没有严格按照技术规范执行，如加热的温度比较低，或者保温的时间没有达到要求，组织中的合金元素以及奥氏体的碳就会出现含量不足等问题，甚至还会有未溶铁素体以及珠光体存在，这就致使工件采用淬火技术后，各项技术指标仍然无法达到要求；
3）加热保温过程不规范，造成表面脱碳，使得表面的硬度不符合要求；
4）淬火冷却没有达到要求。45号钢的淬火硬度与淬火冷却的速度有关，不同冷却的速度，会使钢材料的组织产生差异，而淬火冷却没有达到要求，硬度就无法达到指标。如下图所示常见淬火冷却速度的晶相图。
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图1 显微组织图
（二）纵向裂纹
45号钢经过热处理后可能会有纵向裂纹产生，即材料的表面有形状细长且呈轴向趋势的裂纹，这种裂纹的出现几率较高。通常45号钢材料如果具有较高的含碳量，就会有比较大的切向拉应力产生。当拉应力已经超过强度极限时，就会形成纵向裂纹。
具体来讲，45号钢产生纵向裂纹的主要因素包括以下方面：
1）加热炉装设的方式不正确，使得工件受热不均匀的问题；
2）对锻件淬火的时候，由于温度比较高，导致内应力与外应力之间的差距过大，从而导致45号钢产生裂纹。
此外，如果45号钢纯度不高，含有较多杂质，由于杂质的熔点低，会导致钢件表面韧性不强，从而出现断裂问题。
（三）硬度不均匀
45号钢热处理后如果出现硬度不均，表面的耐磨性就会降低，由此使得工件寿命缩短。出现这种现象的主要原因如下：
1）在45号钢工件的表面有退火脱碳层残留，在淬火的过程中，加热处理出现了脱碳层的现象[3]；
2）在45号钢淬火加热后，冷却的速度比较慢，时间过长，或者没有选择适当的介质而造成；
3）在45号钢淬火冷却后，淬火介质的温度超过了规定值，导致冷却不足。
三、解决热处理工艺常见问题对策
（一）提高45号钢硬度的对策
45号钢的硬度要有所提高，可以采用如下措施：
1）检查原材料，在查看光谱的时候，可以通过磨火花获得，对材料中的含碳量充分了解；
2）在45号钢热处理中，需要在具体的操作中掌握各项参数，包括时间、温度等；
3）合理选择淬火介质。常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。水是冷却能力较强的淬火介质，这种介质来源广、价格低、成分稳定不易变质。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，可以提高介质在高温区的冷却能力。冷却介质还可采用矿物质油（矿物油）[4]。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。
此外，新型淬火剂有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。聚乙烯醇常用质量分数为0.1％～0.3％之间的水溶液，冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却；
4）对工件进行降温处理，在水淬油冷的水冷过程中，要对时间准确把握。如果时间太短，就会影响最终质量。此外，还要对加热炉的性能和仪表的性能充分熟悉，对于产生的误差值要充分掌握；
5）可采用表面强化处理。如可采用C、N、O 多元共渗技术对45号钢进行不同工艺下的表面处理，从而使其适用于高强韧性和高耐磨性的场合。
低温气体多元共渗技术是在碳氮共渗工艺的基础上发展起来的表面硬化新工艺。它可以在普通材料表面形成具有特殊物理、化学性质的含多种元素的表面合金层，可以缩短生产周期，提高零件机械性能。利用低温气体多元共渗技术在45号钢表面形成含碳化物和氮化物的渗层，渗层起到了强化作用。多元共渗能够显著提高45号钢的表面硬度。提高共渗温度可以显著提高渗层厚度，从而使试样表面有良好的硬度分布[5]。
（二）纵纹预防措施
对45号钢采取纵纹预防措施，可以采用如下的方法。
1）45号钢原材料的入库时要做好检查工作，如果钢材料的有害杂质含量超过了规定的标准，就要放弃使用[6]；
2）45号钢原材料采用真空冶炼方式是比较好的选择，做到炉外精炼，或者采用电渣重熔技术对工件钢材进行处理；
3）改变传统的加热方法为真空加热的方法，可以进行保护气氛加热，也可以采用充分脱氧盐浴炉加热的方法。淬火技术可以采用分级淬火的方法或者采用等温淬火的方法[7]。
（三）硬度不均匀预防措施
对45号钢采取硬度不均匀预防措施，可以采用如下的方法。
1）热处理之前，对于工件表面的锈斑进行消除，还要将工件表面的氧化物消除。在加热的时候，还要采取一定保护措施[8]。真空加热技术或者保护气氛加热技术都是比较有效的方法，对工件盐浴加热的过程中，可以获得良好的脱碳处理效果；
2）将工件的淬火回火工艺技术的各种要求制定出来，要求规格明确，回火要更为充分；
3）严格控制碱浴中水分的含量，所使用的淬火油要做好过滤工作，并按照规定进行定期更换[9]；
4）对45号钢具有更高的硬度要求时，对于工件所采用的工艺技术就是深冷处理。
结束语：
综上所述，碳素结构用钢中，45号钢的综合性能是非常好的，但在具体的使用中，如果采用传统的热处理技术，会产生很多的弊端。采取有效的解决措施是提高45号钢热处理质量的关键。本文针对45号钢热处理工艺进行研究，以保证45号钢的质量，提高性能，降低损耗，减少浪费，同时有效地控制成本。
参考文献：
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[9]刘春秘.热处理工艺对1Cr15Ni4Mo3N钢力学性能和应力腐蚀抗力的影响[D].哈尔滨工业大学学硕士学位论文，2016.
作者简介：
韩小明，1985-，研究生，机械工程专业，主要从事工业设备等设计，参与开发多款工业设备。
论文作者:韩小明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/22
标签：工件论文; 硬度论文; 表面论文; 裂纹论文; 工艺论文; 介质论文; 温度论文; 《电力设备》2018年第5期论文;