浅谈45#均质化热处理工艺的应用

侯友武 孙守田

（枣庄通晟实业有限公司，山东 枣庄 277011）

1 问题的提出

机械制造企业中，材料热处理工艺应用较为广泛。而在我国一些中小规模机械制造企业，因为技术能力、装备水平、员工素质等因素影响，钢材热处理技术一直困扰着企业的健康发展。

枣庄通晟实业有限公司为中等规模械制造企业，其生产的矿用运输机配件、汽车零部件等产品机械综合性能高，需要进行调质处理。采取传统的淬火—回火热处理工艺，产品质量性能不稳定，常出现断裂、弯曲变形等情况，引发质量纠纷，严重影响了企业形象和经济效益。枣庄通晟实业有限公司热处理技术人员通过对45#热处理工艺过程分析，优化均质化热处理工艺，以解决产品实际使用过程中断裂、弯曲变形等问题。

2 45#热处理工艺

钢的淬火和回火是最重要的热处理工艺。淬火与不同温度回火工艺结合，可显著提高钢的硬度，获得不同强度、塑性和韧性的合理配合，满足各种机械零件对材料力学性能的要求。

图1 亚共析钢的过冷奥氏体等温转变图（TTT图）

图1为亚共析钢的TTT图，从图中得知，45#等亚共析钢的淬透性差，且在淬火阶段由于冷却蒸汽泡膜的存在极易形成硬度不均的情况，造成热处理后机加工困难、强度性能不良。若想获得硬度较高的马氏体(贝氏体）组织，需要在很短的时间内将工件温度降至Ms点以下，这也是45#等在淬火阶段需要用水冷却而不是油或者空冷的原因。

3 45#热处理工艺的改进

3.1 冷却介质的选择

热处理过程中冷却介质常采用空气、水、盐溶液、油等，实际应用中多采用自来水。空气、自来水易于获取，成本低，但冷却效果差；淬火油多用于模具等特殊钢材，成本较高；与空气、自来水、油相比，盐溶液不仅提高45#淬火冷却阶段的冷却速率，成本也没有较大增加，同时还能防止工件表面遇冷时形成蒸汽泡膜影响局部淬火效果。

根据《热处理实用数据速查手册》、《金属热处理原理与工艺》等，结合企业实际情况对热处理工艺参数进行优化，冷却介质由普通自来水改为10%的NaCl水溶液。

3.2 热处理工艺参数的选择

3.2.1 淬火阶段

将钢加热到临界点以上一定温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体或马氏体加贝氏体组织。在中小机械制造企业中，实际操作时由于操作工的职业素养参差不齐，完全凭借个人经验来确定加热工艺参数，这就导致了产品热处理质量的不稳定性。

表1 加热计算经验公式及碳钢和合金钢的加热系数

中小机械制造企业通常采用台车式空气电阻炉加热和树形拓扑结构方式堆放工件，故α取1min/mm，K取1.3。

表2 优质碳素结构钢的临界温度及常规热处理工艺参数

由表2知，淬火温度为840℃。

3.2.2 淬火冷却阶段

表3 常用淬火介质的淬冷烈度H值（单位：cm-1）

淬冷烈度是表征冷却介质冷却能力大小的重要指标，H值越大则冷却能力越强。由表3知，45#冷却介质应采用淬冷烈度H=2的10%浓度的NaCl水溶液冷却方式。若采用H=1的水冷却，则易在淬火冷却阶段水遇高温生成的水蒸气泡膜依附于工件表面，形成局部软点而造成淬火结果不理想。

将冷却介质改为10%浓度的NaCl溶液，并在一侧加装电泵使介质加速循环流动，并利用行车提供动力对热处理物品上下运动，通过加速冷、热介质对流，实现均质化处理目标。

3.2.3 回火阶段

回火是钢件淬硬后，再加热到Ac1以下保温一定时间，然后冷却到室温的工艺。回火的目的是稳定组织，减小或消除残余应力，提高钢件的性能。

中小机械制造企业需要对回火工艺参数指标进行量化，不能全凭操作者的经验。若零件硬度要求在220～260HB，由表2知，回火温度选为580±10℃。回火加热时间根据小批量试回火实验确定为2h，实际生产中可根据装炉量的大小自行调整，适当延长或减少。

3.2.4 回火冷却阶段

基于热处理产品零件结构不太复杂，且45#不存在第二类回火脆性，因此回火冷却用水冷或空冷均可。

3.3 绘制热处理工艺曲线

图2 45#热处理工艺曲线

4 均质化热处理后产品性能对比

热处理工艺改进前，产品热处理硬度在200～240HB中间浮动，极个别部位甚至出现190HB这样的软点区域，分布区间较大，抗拉强度σb在640～820MPa之间，性能不稳定。

采用均质化热处理工艺后，同一回火温度下，产品硬度在220～240HB浮动，未发现软点部位，抗拉强度σb上升至730～820MPa之间，力学性能提升明显，产品顾客满意度由原先的75.3%上升至96.5%。

5 结语

针对45#热处理时淬透性差、局部易出现软点的情况，本文提出用浓度为10%的NaCl水溶液均质化工艺，确保了整体淬火的一致性。对淬火温度、淬火时间、冷却介质、冷却方式、回火温度、回火时间进行优化确认，并制作成工艺卡片确保严格执行，从而使产品质量得到了有效控制，给一些中小企业提供了较好的参考和借鉴价值。