45钢淬火开裂控制 毕业设计.doc
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1、 摘 要 45 钢件在淬火处理时易出现淬裂现象。研究表明: 4mm12mm 的 45 钢件在 830850 1.1min/mm1.2min/mm 的加热和保温条件下淬入清水或 10%的盐 水中易出现裂而采取加大工艺预留量(13mm14mm) 、避开危险尺 寸(4mm12mm)、低温(750760 )淬火、控制加热温度 (780 790) 以及保温时间和回火时间等措施,可有效防止 45 钢件 淬火时出现裂纹现象.对于截面尺寸在 4mm12mm 的零件,采用低温 淬火其淬火合格率99%. 本文分析了 45 钢材料热处理特性,改变了传统 45 钢热处理淬 火加热方式及冷却介质,有效控制了 45 钢热
2、处理淬火裂纹,提高了 45 钢热处理质量。 关键词:淬火、45 钢、裂纹、回火 Abstract : The 45 steel parts easily come out the quenching crack phenomenon during quenching treatment. The research shows :45 steel parts of 4 mm 12 mm easily appears the quenching cracks in clear water or 10 % salt water under the condition of heating at 83
3、0 85 1.1min/mm1.2min/mm and keeping warm. However it can take some measures to enlarge the technological allowance amount (13 mm 14mm ) ,avoiding the dangerous dimensions ( 4 mm 12 mm ) by quenching at low temperature ( 750 760 ) then controlling the tem perature ( 780 790 ) of heating ,the time of
4、keeping warm and the time of tem pering and so on .All these can be effective to prevent the 45 steel parts from the crack phenomenon as quenching Re 2 garding the parts sf the section dimension at 4 mm 12 mm,the quenching qualified rate of the parts is over 99% by adopting the low tem perature quen
5、ching. This paper analyzes the characteristics of heat-treated steel 45 , 45 steel has changed the traditional way of heat treatment and quenching cooling medium, the effective control of 45 steel heat treatment and quenching cracks, an increase of 45 steel heat treatment quality. Key Words : 45 ste
6、el parts ;quenching crack ;dangerous dimension 目录 1.绪言 .1 2. 45 钢材料特性 1 2.1 化学成分和属性 .1 2.2 材料性能 .1 2.3 材料用途 .1 3.裂纹分类 .3 4.1 纵向裂纹形成原因 .4 4.2 横向裂纹形成原因4 4. 45 钢淬火过程中出现的问题及原因 2 3.1 热处理特性 .2 3.2 淬火裂纹原因分析 2 3.2.1 组织应力 .2 3.2.2 热应力 .3 3.2.3 淬火介质选择不当 3 5. 45 钢淬火裂纹改善措施 5 4.1 淬火方法 .5 4.1.1 临界温度淬火 .6 4.2.2 高频
7、淬火 6 4.2 淬火介质 .7 4.2.1 使用水溶性合成淬火剂 7 4.2.2 使用 32 机油淬火介质 8 4.2.3 采用水 油双液淬火介质 8 4.2.4 采用亚稳淬火工艺 8 4.3 其他因素 .8 4.3.1 小截面零件 8 4.3.2 保证工件受热的均匀性 .8 4.3.3 选用适当的淬火温度 .9 结束语 10 致 谢 11 1.绪言 钢铁材料具有悠久的历史,它的出现推动力社会的大跨步发展,并且每一 次钢铁材料的改进都会对社会进步作出重大的贡献。钢铁材料在国民经济中占 有十分重要的地位,它们的应用非常广泛。在实际使用或生产加工过程中,人 们对钢铁材料提出了各种不同的性能要求,
8、单凭原始材料的性能已经满足不了 工程技术上的要求。例如:为了便于切削加工就要求材料的硬度适当降低,以 节约机械加工时的刀具消耗和提高劳动生产率;为使零件耐磨损,延长使用寿 命,就要求其具有较高的硬度;为使零件能在有腐蚀性气体的环境中长期工作, 就要求其具有一定的耐腐蚀性等。为满足这些性能要求,除了合理地选用材料 外,还要进行热处理,如此才能充分发挥钢铁材料的性能特点。由此可知,热 处理在机械制造业中占有十分重要的地位。 纵观钢铁的发展历史,钢铁性能的提升与热处理工艺息息相关。45 钢是最 为重要的钢铁材料之一,通过热处理工艺提升其性能是现在也是将来的必经之 路。 (1)45 钢在工业、生活中的
9、应用(重要性、广泛性) (2)45 钢在使用性能要求 2. 45 钢材料特性 2.1 化学成分和属性 45 钢含碳(C)量是 0.420.50%,Si 含量为 0.170.37%,Mn 含量 0.500.80%,Cr 含量=0.25%,Ni 含量=0.30%。抗拉强度 Mpa600,屈服强度 Mpa355,伸长率 16%。 2.2 材料性能 45 钢虽焊接性能一般,但它是机械制造中广泛应用的中碳优质碳素结构 钢。它具有良好的切削加工性能。通常在调质或正火状态下使用,它具有高的 强度和塑性,经调质成索氏体时,有一定程度上的的韧性。但进行热处理时, 却会出现淬透性差,水淬变形大,裂纹倾向敏感等问题
10、,尤以 40左右水淬时 更为明显。 2.3 材料用途 45 钢可制造强度要求较高的零件,如曲轴、轴、活塞销、工夹具等零件。 这些零件的制造要求大多是零件表面的高硬度性、高耐磨性,而心部具有高强 度和高韧性,调质后进行高频或火焰表面淬火等。45 钢经低温球化退火后,它 可冷挤压为成形零件,如球头销、推力杆等。45 钢是轴类零件的常用材料,淬 火后表面硬度可达 4552HRC 它价格便宜,经过调质(或正火)后,可得到较 好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。45 钢还广泛用 于机械制造等,这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢,淬火性能并不 好,45 钢可以淬硬至 HRC424
11、6。所以如果需要表面硬度,又希望发挥 45 钢优 越的机械性能,常将 45 表面渗碳淬火,这样就能得到需要的表面硬度钢的用途。 45 钢可制造强度要求较高的零件,如曲轴、轴、活塞销、工夹具等零件。 这些零件的制造要求大多是零件表面的高硬度性、高耐磨性,而心部具有高强 度和高韧性,调质后进行高频或火焰表面淬火等。45 钢经低温球化退火后,它 可冷挤压为成形零件,如球头销、推力杆等。45 钢是轴类零件的常用材料,淬 火后表面硬度可达 4552HRC 它价格便宜,经过调质(或正火)后,可得到较 好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。45 钢还广泛用 于机械制造等,这种钢的机械性能很
12、好。但是这是一种中碳钢,淬火性能并不 好,45 钢可以淬硬至 HRC4246。所以如果需要表面硬度,又希望发挥 45 钢优 越的机械性能,常将 45 钢表面渗碳淬火,这样就能得到需要的表面硬度。 3.裂纹分类 45 号钢在调质淬火过程中容易出现裂纹而报废。裂纹主要有 2 种:一种为纵 向裂纹;另一种为横向裂纹。 纵向裂纹(见图 2)经常发生在直径为 8mm 左右的工件上,且多出现在完全淬 透的情况下。 图 2 45 号钢轴类零件的纵向裂纹 横向裂纹(见图 3)经常发生在直径为 50mm 以上的 45 钢件调质时的淬火过程中。 图 3 45 钢轴类零件的横向裂纹 3.1 纵向裂纹形成原因 纵向裂
13、纹是在淬火过程中产生的切向拉应力大于该材料断裂抗力时而发 生的。对于直径在 8mm 左右且要求高硬度的工件,车间采用 45kW 箱式电阻炉加 热,淬火介质为 50%(质量分数,下同)的火碱溶液。50%火碱溶液在 500800冷 却很快,在 400以下冷却较慢,是比较理想的冷却介质。从实际生产的工艺条 件看,分析产生裂纹的原因如下:首先,因装炉方式不合理,造成工件受热不均;其 次,淬火温度较高,工件内外应力较大,也是造成裂纹的原因;另外,把产生纵向裂 纹的工件沿纵向截取试样,分析其夹杂物,常可发现带状夹杂物存在,因此原材料 的冶金质量也是影响淬火裂纹的一个重要因素。 3.2 横向裂纹形成原因 横
14、向裂纹垂直于轴线方向,由内往外断裂,往往在未淬透情况下形成,属于热 应力引起的。工件在淬火没有淬透时,表面呈压应力,心部呈拉应力,在淬硬层至 非淬硬层的过渡区,出现最大拉应力,拉应力超过材料的抗拉强度时,就会产生横 向裂纹。车间 45 号钢轴类调质淬火时,淬火介质通常选用水。水的冷却特性曲 线见图 4 图 4 淬火介质的冷却能力 由图 4 可以看出,水作为淬火介质有以下特点。 1)水温对冷却特性影响很大,随着水温的提高,水的冷却速度降低,特别是蒸气膜 阶段延长,特性温度降低; 2)水的冷却速度快,特别是在 100400温度范围内的冷却速度特别快; 3)循环水的的冷却能力大于静止水的冷却能力,特
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