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機械工程材料

鋼的熱處理案例分析

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青海民族大學

2020年12月27日

摘要

鋼的熱處理:是將固態鋼材采用適當的方式進行加熱、保溫和冷

卻以獲得所需組織結構與性能的工藝。熱處理不僅可用于強化鋼材，

提高機械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其

共同點是：只改變內部組織結構，不改變表面形狀與尺寸。對45鋼的

熱處理時45鋼淬火處理后最高可以達到IIRC55,當然要求熱處理工藝

和材質成分要對。但要達到HRC55的硬度，45鋼就只能進行低溫回火,

得到的回火馬氏體較粗大，材料硬而脆，使用意義不在，所以一般45

鋼淬火后的硬度控制在HRC50左右。如果沒有耐磨性的要求，更常用

的是調質處理。

目錄

第一章緒論

1.1中國鋼鐵產業的現狀，

1.2碳鋼的應用、優點及缺點.?.

1.3鋼的熱處理工藝

1.4本論文研究內容

第二章普通熱處理工藝對45鋼組織和硬度的影響

2.1普通熱處理工藝對45鋼組織的影響

2.2普通熱處理工藝對45鋼硬度的影響

第三章結論

參考文獻.

第一章緒論

1.1中國鋼鐵產業的現狀

中國1949年全國產鋼只有16萬噸，新中國成立，我國鋼鐵工業

進入-一個嶄新的歷史時期。1996年鋼產量超過1億噸，2005年的鋼

產量達到了創紀錄的3.5億噸，2007年我國生產粗鋼近4.9億噸，總

體星較快增長態勢。60多年來中國的產鋼量增長1000多倍，成為世

界鋼鐵發展史上的大奇跡。當前鋼鐵生產的發展得益于鋼鐵科技發

展為鋼鐵行業的清潔生產奠定了良好的基礎，使鋼鐵生產不斷降低消

耗與成本，不斷優化鋼鐵材料的性能，成為各行業協調發展，優化環

境的重要支撐條件。鋼鐵科技的自身優化與完善，還有賴于信息、環

境、裝備、加工等學科技術進步的推動?？梢钥隙?，今后直到2020

年的10~15年內，鋼鐵工業作為國民經濟重要基礎產業與支柱產業的

地位不會改變。

目前，我國鋼鐵產業的生產力布局相對比較分散，產業布局方式

既不適應鐵礦資源結構的變化，也有悖于市場選擇和環保優先的原

則。鋼鐵工業在快速增長的同時;由于受體制和機制不完善的影響，

粗放型發展特征非常明顯，近兩年來，盲目投資、低水平擴張問題尤

為凸顯。其后果正在顯現:產能過剩的矛盾十分突出、資源供給和環

境容量難以支撐、低水平產能占比重過高、行業惡性競爭已經出現、

產業集中度進一步下降等。當前我國鋼鐵工業面臨的形勢：一方面鋼

鐵業仍然在快速發展，另一方面來自“煤、電、油、運、礦”的壓

力正在增大。這種局面使得國內鋼鐵業在尋求擴張的同時，不得不考

慮到工業布局的因素。我國鋼鐵產業發展政策要求，從礦石、能源、

資源、水資源、運輸條件和國內外市場考慮，大型鋼鐵企業應主要分

布在沿海地區。政策提出，東南沿海地區應充分利用深水良港條件，

結合產業重組和城市鋼廠的搬遷，建設大型鋼鐵聯合企業。十一五”

期間鋼鐵工業結構調整的關鍵在于建設臨海鋼鐵精品基地，這是專家

在2007中國鋼鐵產業鏈發展高層論壇上的共同看法。首鋼結合搬遷

與唐鋼合作建設的曹妃甸臨海鋼鐵精品基地和鞍本集團建設的營口

（簸魚圈）臨海鋼鐵精品基地均已開工建設，有望于“十一五”末期建

成一期工程。寶鋼與廣東省國有鋼鐵企業聯合建設的湛江臨海鋼鐵精

品基地、武鋼與柳鋼聯合建設的防城港臨海鋼鐵精品基地條件也已成

熟?？梢哉f，建設4大臨海鋼鐵精品基地是我國建設鋼鐵強國的重要

戰略舉措。只有加快建有強大競爭力的現代化臨海鋼鐵基地，才能從

根本上改善不合理的鋼鐵產業布局、抑制低水平重復建設，并最終通

過市場力量加快淘汰落后產能和落后產品的步伐，加快結構調整和優

化升級，實現向鋼鐵強國的轉變。

1.2碳鋼的應用、優點及缺點

碳素鋼（簡稱碳鋼）是C的質量分數在0.2%?2.06%之間并含有少量

Si、Mn、P、s等雜質的鐵碳合金。碳素鋼分為碳素結構鋼、優質碳素

結構鋼、碳素工具鋼和鑄鋼?！?/p>

碳素結構鋼鋼雖然含有有害雜質及非金屬夾雜物較多，但其冶煉

方法簡單，工藝性好，價格低廉，而且在性能上也能滿足一般工程結

構件及普通零件的要求，因此，用量很大軋制成鋼板和各種型材，用

于廠房、橋梁、船舶等建筑結構或一些受力不大的機械零件（鉀釘、

螺釘、螺母等）。優質碳素結構鋼含有害雜質P、s的量及非金屬夾雜

物較少，其均勻性及表面質量都比較好。這類鋼的產量較大，價格便

宜，力學性能較好，廣泛用于制造種機械零件和結構件，這些零件通

常都要經過熱處理后使用。

在機械制造業中，用于制造各種刃具、模具及量具的鋼稱為工具

鋼”°由干工具要求高硬度和高耐磨性日多數刃具壞要熱硬性，所以

工具鋼的含碳量均較高。工具鋼通常采用淬火+低溫回火的熱處理工

藝，以保證高硬度和耐磨性。

碳素工具鋼的優點是容易鍛造、加工性能良好，而且價格便宜。

缺點是淬透性低，si、Mn含量略有改變，就會對淬透性產生較大的影

響。因此，對碳素工具鋼還容易產生淬火變形和淬裂，尤以形狀復雜

的工具為甚，同時它的回火抗力也較差。為了提高碳素工具鋼的可鍛

性及減少其淬裂傾向，其硫、磷含量應比優質碳素結構鋼限制更嚴格。

一些形狀復雜、綜合力學性能要求較高的大型零件，由于在工藝上難

于用鍛造方法成形，在性能上又不能用力學性能低的鑄鐵制造，因而

需要采用鑄鋼件。目前鑄鋼在重型機械制造、運輸機械、國防工業等

部門］應用較多，如軋鋼機機架、水壓機橫梁與氣缸、機車車獎、鐵

道車輛轉向架上的搖枕、汽車與拖拉機具輪撥叉、起重行車車輪、大

型齒輪等。

1.3鋼的熱處理工藝

鋼的熱處理工藝包括淬火、回火、退火和正火。

淬火是將鋼加熱到臨界溫度Aes（亞共析鋼）、Ael（過共析鋼）

以上30~50〃C.保溫一-段時間，然后快速冷卻以獲得高硬度的馬氏

體的熱處理工藝。

淬火的目的是得到馬氏體，馬氏體是一一種高硬度的組織，硬

度取決于含碳量，含碳量越高，馬氏體的硬度越高。馬氏體是一一

種含碳量過飽和的a的固溶體，過飽和的碳造成了馬氏體晶格的嚴

重畸變，致使其變形抗力增大。因此，馬氏體具有很高的硬度和耐磨

性。

鋼淬火后，為了消除內應力并獲得所要求的組織和性能，將其重

新加熱至A以下某溫度。保溫一段時間，然后冷卻至室溫的熱處理

工藝叫回火。根據回火溫度的高低不同，可將回火分為三種：

第一種是低溫回火（150、250〃C），低溫回火將得到回火馬氏體。

其目的是降低淬火應力和脆性，提高工件韌性保證淬火的高硬度和耐

磨性。

第二種是中溫回火（350~500〃C）,中溫回火得到回火托式

體。其目的是提高彈性極限和屈服強度，保持較高硬度和--定韌性。

第三種是高溫回火（500?650〃C）,高溫回火得到回火索氏體。

回火索氏體綜合機械性能最好。通常把淬火加高溫回火稱調制處理。

回火的主要目的是減少或消除淬火應力，保證相應的組織轉變，提高

韌性和塑性，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，以滿足各種

用途工件的性能要將鋼加熱之臨界溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷

卻（一般爐冷），己獲得接近平衡狀態組織的熱處理工藝叫做退火。

退火工藝種類很多，根據加熱溫度可以分為在臨界溫度（Aa

或Aa）以上或以下的退火。前者包括完全退火、均勻化退火、不完

全退火和球化退火:后者包括再結晶退火及去應力退火。

退火的主要目的是均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，調整

硬度，消除內應力和加工硬化，改善鋼的成形及切削加工性能，并未

淬火做好準備。

第二章45鋼熱處理后對其組織和硬度的影響

2.1普通熱處理工藝對45鋼組織的影響

45鋼830°C完全退火得到的組織為珠光體和鐵素體，其中黑色的

為珠光體，白色的為鐵素體。完全退火通過完全重均勻組織細化和均

勻化，接近平衡組織。

對45鋼進行正火可以得到鐵素體和索氏體，45鋼正火顯微組織

圖中，黑色組織為索氏體，白色組織為鐵素體。由于冷卻速度過快些,

得到的索氏體為細片狀珠光體，其強度、硬度比珠光體高。正火可以

細化晶粒，使組織均勻，減少鐵素體的含量，使珠光體含量增多并細

化。對45鋼840c水淬可以得到針狀馬氏體。馬氏體組織較細，因為

將45鋼加熱到840°C時奧氏體晶粒較細，并且融入了足夠的碳，可

以得到組織較細的馬氏體組織。

45鋼200C低溫回火的組織為回火馬氏體，回火馬氏體它是由過

飽和a固溶體和與其共格的n-碳化物組成。回火馬氏體仍保留著原

來馬氏體的形狀。在過飽合a固溶體上分布著大量高度彌散的細小n-

碳化物。45鋼400C中溫回火的組織為回火托式體，低溫回火的組織

是回火馬氏體。它是由過飽和a固溶體和與其共格的碳化物組成。

回火馬氏體仍保留著原來馬氏體形狀，硬度變化不大。中溫回火的組

織是回火托式體。它是由尚未發生再結晶的鐵素體和彌散分方的極

細小的片狀或滲碳體組成，其硬度降低。高溫回火的組織是回火索氏

體。它是由已再結晶的鐵素體和均勻分布的細粒狀滲碳體組成的。鐵

素體已發生了再結晶，同時滲碳體聚集長大，滲碳體顆粒要比在回火

托式體中大，硬度降低。因此隨著回火溫度的升高，硬度逐漸降低。

正火的作用與完全退火相似〃。

45鋼正火后的組織為鐵素體和索氏體，正火可以使組織細化，完

全退火后的組織為鐵素體和珠光體，索氏體為片狀珠光體，強度硬度

比珠光體高，所以45鋼正火的組織硬度要比完全退火的組織硬高。

第三章結論

通過對45鋼進行840c淬火、回火（200C低溫回火、400〃C中溫回

火、600〃C高溫回火）、830〃C完全退火、870〃C正火,對45鋼熱處理

后的組織進行顯微觀察對其組織進行分析，并測量熱處理后的組織的

硬度，得到以下結論：（1）45鋼840c水淬后的組織是針狀馬氏體，

針狀馬氏體具有較高的硬度。（2）45鋼200〃C低溫回火、400〃C中

溫回火、600〃C高溫回火的硬度值分別為34HRC、29.5HRC.212HBW,

其硬度值隨回火溫度的升高而降低。

（3）45鋼830〃C完全退火、870c正火的組織分別為鐵素體和珠光體、

鐵素體，索氏體，兩者熱處理方式具有相似性，但是正火后的組織硬

度比完全退火后

參考文獻

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