45鋼熱處理加熱過程對組織和性能的影響（太原）,45,熱處理,加熱,過程,進程,對于,組織,以及,性能,機能,影響,太原 畢業(yè)設(shè)計 45鋼熱處理加熱過程對 組織和性能的影響 學(xué)生姓名： 楊震亞 學(xué)號： 102018117 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 指導(dǎo)教師： 婁菊紅 二零一四年六月 誠信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。 本人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 45鋼熱處理加熱過程對組織和性能的影響 系部： 機械工程系 專業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué)號： 102018117 學(xué)生：楊震亞 指導(dǎo)教師（含職稱）：婁菊紅（副教授）專業(yè)負責人： 趙躍文 1．設(shè)計的主要任務(wù)及目標 建立有限元模型，模擬45鋼熱處理加熱過程溫度場分布；通過實驗研究，分析加熱溫度和保溫時間對45鋼組織和力學(xué)性能的影響，為優(yōu)化熱處理工藝提高零件質(zhì)量提供一定的理論依據(jù)。 2．設(shè)計的基本要求和內(nèi)容 1）設(shè)計的基本要求： 論文結(jié)構(gòu)完整，層次分明，語言順暢；避免錯別字和錯誤標點符號；論文格式符合太原工業(yè)學(xué)院學(xué)位論文格式的統(tǒng)一要求。 2）設(shè)計內(nèi)容： 模擬45鋼熱處理加熱過程溫度場與時間的變化關(guān)系；研究三種加熱溫度下水淬后45鋼組織及力學(xué)性能的變化；研究三種保溫時間下水淬后45鋼組織和力學(xué)性能的變化。 3．主要參考文獻 1）ANSYS有限元分析軟件在熱分析中的應(yīng)用[J].冶金能源，2004（05） 2）鋼件淬火過程溫度場的數(shù)值模擬[J].熱加工工藝技術(shù)與材料研究，2008（11） 3）45鋼零件淬火過程溫度場分布的數(shù)值模擬[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2003（03） 4) 材料科學(xué)基礎(chǔ)（鐵碳合金相圖與熱處理部分） 5）淬火過程數(shù)值模擬研究進展[J].兵器材料科學(xué)與工程，1999（03） 4．進度安排 設(shè)計各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱文獻，了解軟件，完成開題報告 2014.01.10至2014.03.10 2 閱讀文獻，深入學(xué)習(xí)軟件，確定實驗方案 2014.03.10至2014.03.31 3 進行模擬計算和試驗，準備中期檢查 2014.04.01至2014.04.20 4 完成模擬計算和試驗及結(jié)果分析 2014.04.20至2014.05.15 5 撰寫畢業(yè)論文，準備答辯 2014.05.15至2014.06.05 注：一式4份，系部、指導(dǎo)教師各1份、學(xué)生2份：[畢業(yè)設(shè)計]及答辯評分表各一份 45鋼熱處理加熱過程對組織和性能的影響 摘要:ANSYS有限元軟件在溫度場的模擬過程中, 很好地結(jié)合了材料變溫過程的熱物性參數(shù)的變化,適用于鋼件淬火過程溫度場的準確計算。熱處理工藝通過改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，使其鋼的性能得以改善。熱處理可分為加熱、保溫、冷卻三個過程，其中加熱溫度和保溫時間會影響晶粒的大小。 本論文利用 ANSYS有限元分析軟件對幾何外形復(fù)雜的45鋼零件淬火過程溫度場進行有限元模擬,分析工件的各個部分在熱處理加熱過程中的溫度變化情況，為優(yōu)化熱處理工藝，使工件經(jīng)熱處理后獲得優(yōu)良的性能提供一定的依據(jù)。根據(jù)ANSYS模擬出來的溫度場分布，合理選擇適當?shù)募訜釡囟群捅貢r間做熱處理水淬實驗，通過金相組織的觀察、硬度測試、拉伸測試實驗等，我們得出加熱過程會影響鋼的顯微組織，從而影響性能。結(jié)果表明，加熱840℃保溫15min會使45鋼的性能達到極致。 關(guān)鍵詞：45鋼，熱處理，加熱過程，溫度場模擬 I heat treatment heating process impact on the organization and performance of 45 steel Abstract:ANSYS finite element software In the process in Simulation of Temperature Field,Well with the changes in the material constant temperature thermal parameters of the material,Especially suitable for accurate calculation of steel hardening process temperature field.Heat treatment process by changing the internal organizational structure of steel,Performance can be improved to make steel. Heat treatment can be divided into heating, insulation, cooling three processes, heating temperature and time will affect the size of the grains. In the paper, by using ANSYS finite element analysis software for complex geometry of 45 steel parts during quenching temperature field finite element simulation, analysis of the various parts of the workpiece in the heat treatment temperature heating process changes, to optimize the heat treatment process, the workpiece by heat treatment after obtaining excellent performance to provide a basis. According ANSYS simulated temperature distribution, reasonable to select the appropriate temperature and holding time doing heat treatment water quenching experiments, microstructure observation experiments,hardness test, tensile test, and we will come to the heating process affect the microstructure of steel, which could affect performance. From the experimental results we obtained, heating 840 ℃ for 15min will achieve the ultimate performance of 45 steel. Keyword:45steel，Heat Treatment，Heating process，Temperature field simulation 目 錄 1 前言 1 1.1 45的熱處理現(xiàn)狀及應(yīng)用 1 1.2 ANSYS軟件概述 1 2 ANSYS有限元分析 3 2.1 ANSYS有限元模擬過程 3 2.1.1 前處理階段 4 2.1.2 加載求解階段 5 2.2 結(jié)果分析 5 2.2.1 對各時間點溫度分布圖的分析 5 2.2.2 對各點溫度隨時間變化的曲線圖分析 8 2.3 本章小結(jié) 11 3 45鋼的熱處理工藝參數(shù)的確定 12 3.1 鋼的分類及編號 12 3.2 45鋼的化學(xué)成分及組織性能 13 3.3 熱處理工藝參數(shù)的選擇 13 3.3.1 不同加熱溫度的選擇 17 3.3.2 不同保溫時間的選擇 18 3.4 本章小結(jié) 18 4 45鋼熱處理實驗研究 19 4.1 熱處理實驗的研究方案 19 4.1.1 實驗設(shè)備 19 4.1.2 實驗材料 19 4.1.3 實驗步驟 19 4.2 實驗結(jié)果與分析 20 4.2.1 金相組織 20 4.2.1 洛氏硬度 25 4.2.3 拉伸實驗 26 4.3 本章小結(jié) 29 III 結(jié)論 30 參考文獻 31 致謝 33 IV 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 前言 1.1 45鋼的熱處理現(xiàn)狀及應(yīng)用 鋼一直從鐵器時代沿用至今，它具有悠久的歷史，并且推動了社會的大跨步發(fā)展，在工業(yè)發(fā)展中尤為重要。45鋼是最常使用的鋼材之一，由于其綜合力學(xué)性能較好，廣泛用于機械、醫(yī)療和生活等各個領(lǐng)域，同時良好的切削加工性能使它通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用，它具有高的強度和塑性，經(jīng)調(diào)質(zhì)成索氏體時，在一定程度上的韌性增強。 多年來，這一鋼種雖然已積累有豐富的生產(chǎn)與應(yīng)用的經(jīng)驗，但在實際生產(chǎn)中，仍會出現(xiàn)許多使用不當之處，結(jié)果沒有充分發(fā)揮該鋼所具有的性能潛力，造成大量浪費。其中，因熱處理工藝的制訂及操作不合理而引起工件開裂是一種常見現(xiàn)象[1]。 為使45鋼具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝加熱溫度與保溫時間的合理選擇也是重中之重。在淬火加熱過程中, 如果零件內(nèi)部溫度分布不均勻, 組織轉(zhuǎn)變過程不均勻會導(dǎo)致熱應(yīng)力和相變應(yīng)力,這些應(yīng)力的存在將直接影響零件的組織性能和使用壽命[2]。如果熱處理不當,將會造成零件組織性能達不到預(yù)定要求, 甚至?xí)a(chǎn)生過量變形或開裂而報廢。生產(chǎn)實踐表明, 淬火加熱過程是熱處理工藝中非常重要的環(huán)節(jié)。 確定淬火加熱過程零件材料內(nèi)部的溫度隨時間的分布規(guī)律，進而能評估淬火件的組織轉(zhuǎn)變情況及淬火殘余應(yīng)力。因而淬火過程溫度場的確定是優(yōu)化熱處理工藝、提高零件內(nèi)在質(zhì)量的主要依據(jù)[3]。 準確描述工件溫度場分布傳統(tǒng)分析方法是實驗測定和經(jīng)驗判斷。由于淬火是一個相當復(fù)雜的過程, 受多種因素影響, 而各影響因素之間又相互作用、相互制約。因此傳統(tǒng)的方法不能完整、全面、準確地分析和預(yù)測淬火過程的溫度場分布。然而計算機模擬可將熱處理過程的物理現(xiàn)象和零件的幾何造型有機地結(jié)合起來, 實現(xiàn)動態(tài)的、逼真的模擬[4]。 1.2 ANSYS軟件概述 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，很多有限元分析軟件得到普及，其中最普遍的ANSYS準確性較高，實用性較強，得到很多方面的使用。ANSYS軟件是國際上第一個通過ISO9001質(zhì)量認證的大型分析設(shè)計類軟件[5]。它是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件，可應(yīng)用于航空航天、土木建筑、機械、能源、交通運輸、電子生物、醫(yī)學(xué)、教學(xué)、科研等相關(guān)領(lǐng)域。 ANSYS用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布以及其他熱物理參數(shù)，ANSYS/Multiphysic、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED等產(chǎn)品中包含熱分析功能，其中ANSYS/FLOTRAN不包含相變熱分析。熱分析是在程序控制溫度下測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一類技術(shù)。其目的是分析一個系統(tǒng)或某些部件的溫度場分布和某些其它熱物理量參數(shù)，如熱量的得失、熱量梯度、熱流的密度（熱通量）等，熱分析對于很多生產(chǎn)和研究都非常重要。ANSYS進行熱分析的基本原理是先將所處理的對象劃分成有限個單元 ( 包含若干節(jié)點) ,然后根據(jù)能量守恒原理求解一定邊界條件和初始條件下每一節(jié)點處的熱平衡方程, 由此計算出各節(jié)點溫度, 繼而進一步求解出其他相關(guān)量[6]。 ANSYS作為有限元分析軟件在熱分析方面具有強大的功能[3]。ANSYS有限元軟件在溫度場的模擬過程中, 很好地結(jié)合了材料變溫過程的熱物性參數(shù)的變化,特別適用于鋼件淬火過程溫度場的準確計算。模擬過程對于淬火液的選取及淬火工藝的優(yōu)化提供了參考依據(jù),同時為淬火過程中的熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力計算提供了溫度邊界條件[5]。 ANSYS有限元計算機模擬可將熱處理過程的物理現(xiàn)象和零件的幾何造型有機地結(jié)合起來, 實現(xiàn)動態(tài)的、逼真的模擬。無論是針對外形規(guī)則、對稱的零件如軸、板等；還是對于外形過于復(fù)雜的零件, 都可以輕而易舉的完成。ANSYS模擬不僅可以真實的描述零件的幾何形狀和邊界條件,而且還能成功地處理一些非線性初邊值問題, 通過友好的用戶接口, 可很容易獲得鋼件淬火過程動態(tài)圖、溫降歷程、溫度分布, 因而特別適合復(fù)雜零件淬火過程溫度場的動態(tài)模擬[7]。 ANSYS10.0熱分析分類，主要有兩大類： 穩(wěn)態(tài)傳熱：穩(wěn)態(tài)熱傳遞，根據(jù)熱分析遵循熱力學(xué)第一定律，輸入的能量-輸出的能量=0。熱能流動不隨時間變化，系統(tǒng)的溫度和熱載荷也都不隨時間變化。 瞬態(tài)傳熱：系統(tǒng)受隨時間變化的載荷或邊界條件的影響。 2 ANSYS有限元分析 利用ANSYS軟件的熱分析模塊對試件淬火過程進行數(shù)學(xué)模型分析，并通過建模劃分網(wǎng)格、加載及求解,得到了試件在淬火過程中不同時刻的溫度場分布以及在某一時刻試件不同關(guān)鍵點的溫度變化趨勢。 熱分析中基本符號及國際單位見表2.1所示。 表2.1 熱分析基礎(chǔ)單位 項目 國際單位 ANSYS代號 長度 m 時間 s 質(zhì)量 Kg 溫度 ℃ 力 N 能量（熱量） J 功率（熱流率） W 熱流密度 W/m2 生熱速率 W/m3 導(dǎo)熱系數(shù) W/m-℃ KXX 對流系數(shù) W/m2-℃ HF 密度 Kg/m3 DENS 比熱 J/Kg-℃ C 焓 J/m3 ENTH 2.1 ANSYS有限元模擬過程 某一圓柱體零件，將其由室溫25℃加熱到840℃，用ANSYS軟件模擬不同時間圓柱體內(nèi)溫度場分布以及在不同的關(guān)鍵點處溫度隨時間的變化[2]。 2.1.1 前處理階段 (1)建模 設(shè)圓柱體底面半徑R=8mm,高h=12mm。由于該45鋼熱處理試樣為圓柱體，為軸對稱模型，故我們可以取該圓柱的一旋轉(zhuǎn)面，建立一個二維模型如圖2.1所示，使模擬過程得以簡化。在建模過程中, 以m為單位。 圖2.1 二維模型圖 (2)網(wǎng)格劃分 劃分網(wǎng)格的方式有很多種，本次模擬以盡可能的獲得小正方形的標準劃分網(wǎng)格。具體劃分是豎直方向劃分30等份，水平方向劃分20等份。 (3)定義材料熱物性參數(shù) 淬火45鋼的密度與溫度變化關(guān)系不是很大, 按常數(shù)處理, 對最后結(jié)果影響不大。而對比熱容、熱導(dǎo)率、換熱系數(shù)等這些溫度影響較大的熱物性參數(shù),由于這些參數(shù)是溫度和相變組織成分的函數(shù)，淬火過程溫度跨度比較大, 組織變化程度大, 因而將各熱物性參數(shù)看作恒量顯然是不合理的。因此比熱容、熱導(dǎo)率必需看成是溫度的函數(shù)[2]。由手冊[9]查得45號鋼的比熱容、熱導(dǎo)率與溫度變化關(guān)系如表2.2所示。 表2.2 45鋼熱物性參數(shù) T/℃ cp/J.(kg.℃) λ/W.(m℃)-1 ρ/kg.m-3 100 480 43.53 7800 200 498 40.44 300 524 38.13 400 560 36.02 500 615 34.16 600 700 31.98 700 854 28.66 755 1064 25.14 800 806 26.49 900 637 25.92 1000 602 24.02 2.1.2 加載求解階段 設(shè)定有限元分析類型為瞬態(tài)傳熱；淬火過程對流邊界的對流系數(shù)100；并設(shè)置初始溫度為25℃，最終加熱溫度為840℃；同時設(shè)置最終時間為900s。 2.2 結(jié)果分析 由設(shè)定的求解條件可以得到淬火過程900s內(nèi)零件各部分的溫度場分布, 并可模擬溫度場隨時間的不同時刻的溫度場變化過程。 2.2.1 對各時間點溫度分布圖的分析 由設(shè)定的求解條件可以得到淬火過程 900s內(nèi)零件各部分的溫度場分布, 30s、60s、300s、600s、900s時零件的溫度場分布如下圖所示。 圖2.2 第30秒45鋼圓柱旋轉(zhuǎn)面的溫度場分布圖(單位:℃) 圖2.3 第60秒45鋼圓柱旋轉(zhuǎn)面的溫度場分布圖(單位:℃) 圖2.4 第300秒45鋼圓柱旋轉(zhuǎn)面的溫度場分布圖(單位:℃) 圖2.5 第600秒45鋼圓柱旋轉(zhuǎn)面的溫度場分布圖(單位:℃) 圖2.6 第900秒45鋼圓柱旋轉(zhuǎn)面的溫度場分布圖(單位:℃) 圖2.2、2.3、2.4、2.5、2.6為不同時刻的溫度場態(tài)變化過程。從圖中可以看出, 在加熱30s時, 表面溫度迅速升高, 而心部溫度相對升溫速度較慢。隨著淬火時間的延 長, 表面溫度持續(xù)升高, 但是溫度上升速率顯著下降。對比以上各圖的最高和最低溫度得出：該45鋼工件試樣在開始加熱階段，工件內(nèi)溫差較大，在后階段溫差逐漸減小。 2.2.4 對各點溫度隨時間變化的曲線圖分析 分別對圖2.1所示K1、K2、K3、K4關(guān)鍵點進行研究, 考察其溫度隨時間變化情況，具體變化趨勢如下圖2.7、2.8、2.9、2.10所示。 由于本次模擬過程中建立的二維模型較小，所以由以下圖2.7、2.8、2.9、2.10不同關(guān)鍵點溫度隨時間變化的曲線圖觀察得到以下結(jié)論：無論是靠近邊界的K2點、處于心部的K1點還是試件內(nèi)部的K2、K3，工件上各點溫度隨時間變化的趨勢較相近。在400s之前溫度迅速增長，隨著時間的延長，溫度升高速度變慢，最后趨于穩(wěn)定，達到設(shè)定的溫度。 圖2.7 K1（0,0）溫度隨時間變化的曲線圖（TIME:s VALU：℃） 圖2.8 K2（0.008,0.002）溫度隨時間變化的曲線圖（TIME:s VALU：℃） 圖2.9 K3(0.005，-0.003)溫度隨時間變化的曲線圖（TIME:s VALU：℃） 圖2.10 K4(0.004，0)溫度隨時間變化的曲線圖（TIME:s VALU：℃） 2.3 本章小結(jié) 通過對ANSYS有限元熱分析軟件原理、操作步驟、后處理技術(shù)等的介紹分析，體現(xiàn)了ANSYS 軟件在處理比較復(fù)雜的工程實際問題的簡便性,它可以大大地減少工作量和計算中的誤差,并節(jié)約了開支。但是要想達到更精準的模擬結(jié)果，我們就得在前處理的過程中，搜集到更準確的邊界條件和載荷，并且把網(wǎng)格劃分得更加的精密。 利用ANSYS進行淬火過程溫度場分析, 可以為淬火過程熱應(yīng)力, 殘余應(yīng)力的計算準備溫度條件。應(yīng)用ANSYS求解其淬火過程溫度場, 計算速度較快, 并且計算結(jié)果可靠,從而為分析不同加熱溫度及保溫時間對組織性能的影響提供依據(jù)，最后可以通過調(diào)整熱處理工藝，使工件經(jīng)熱處理后獲得優(yōu)良的使用性能。 3 45鋼的熱處理工藝參數(shù)的確定 3.1 鋼的分類及編號 工業(yè)用鋼是經(jīng)濟建設(shè)中使用最廣、用量最大的金屬材料，在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位[10]。鋼鐵材料是工業(yè)應(yīng)用最廣、用量最多的金屬，其品種繁多、性能各異。 按鋼材的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。 （1）結(jié)構(gòu)鋼： ①用作各種機器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。 ②用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。 （2）工具鋼：用來制造各種工具的鋼。根據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與量具鋼。 （3）特殊性能鋼：是具有特殊物理化學(xué)性能的鋼?？煞譃椴讳P鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。 按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。 碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量≤0.25%）；中碳鋼（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳鋼（含碳量≥0.6%）。 合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；中合金鋼合金元素總含量=5%~10%）；高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。 此外，根據(jù)鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。 生產(chǎn)上使用的鋼材品種很多，性能也千差萬別，為了便于生產(chǎn)、使用和研究，需要對鋼進行編號。我國鋼產(chǎn)品的編號采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯數(shù)字相結(jié)合的原則。即：鋼號中的化學(xué)元素采用國際化學(xué)元素符號表示，如Si、Mn、Cr、W等，其中只有稀土元素，由于其含量不多但種類卻不少，不易全部一一分析出來，因此用“RE”表示其總含量；產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法等，采用漢語拼音字母來表示。針對優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，牌號用兩位數(shù)字表示[10]。這兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾，如45鋼表示鋼中平均含碳量為Wc=0.45％。 3.2 45鋼的化學(xué)成分及組織性能 根據(jù)45鋼的含碳量0.45%可知，45鋼屬于中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其硬度較低，強度較高，塑性和韌性尚好，切削加工性能較好，除了用來做模具的模板、導(dǎo)柱外，還經(jīng)常用于制作承受負荷較大的小截面調(diào)質(zhì)件和應(yīng)力較小的大型正火零件。 45鋼的綜合機械性能較好是45鋼的特性，45鋼是中碳鋼，表面硬度低，不耐磨。如果需要較高的表面硬度，可以對45鋼進行調(diào)質(zhì)和表面淬火來使工件的表面硬度得到提高，對心部強度要求不高的表面淬火零件常見的有曲軸、傳動軸、齒輪、蝸桿、鍵、銷等。但在水淬時有形成裂紋的傾向，所以用來制作形狀復(fù)雜的零件時應(yīng)在熱水或油中淬火[11]。45鋼淬火前的硬度低于28HRC,淬火后的硬度可以高于55HRC。調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合力學(xué)性能，即硬度尚可，塑性較高。 45鋼的相關(guān)參數(shù)及應(yīng)用如下表3.1所示。 表3.1 45鋼相關(guān)參數(shù)及應(yīng)用 鋼號 化學(xué)成分 熱處理 力學(xué)性能 應(yīng)用舉例 45 C％ 0.42-0.50 Mn％ 0.5-0.8 Si％ 0.17-0.37 Cr％ ≤0.25 正火850℃ 淬火：840℃水 回火：600℃ 抗拉強度600Mpa 屈服強度355Mpa 伸長率16％ 斷面收縮率40％ 沖擊韌性39J 小截面、中載荷的調(diào)質(zhì)件，如主軸、曲軸、齒輪、連桿、鏈輪等 3.3 熱處理工藝參數(shù)的選擇 熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的速度冷卻到室溫的一種熱加工工藝。其目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善其性能。它不但可以強化金屬材料，充分挖掘材料性能潛力，降低結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省材料和能源，而且能夠提高機械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長機器零件的使用壽命。 根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同，鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理）及形變熱處理等。鋼的熱處理工藝可分為加熱、保溫和冷卻三部分，該過程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律為制定正確的熱處理工藝提供了理論依據(jù)，其熱處理工藝參數(shù)的確定必須使具體工件滿足鋼的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，以獲得所需性能。 熱處理工藝的改變對45鋼的性能影響決定了對其熱處理工藝的研究的重要性。目前 45 鋼主要熱處理工藝有正火、淬火和回火，其推薦熱處理溫度為：正火850℃、淬火840℃、回火600℃。 隨著熱處理工藝參數(shù)的改變，熱處理后 45 鋼的組織和性能相應(yīng)改變。適當溫度下正火時得到珠光體和鐵素體組織，而淬火和回火得到的是馬氏體組織。隨著它們加熱溫度、保溫時間等的改變，熱處理后所得到的組織變化主要集中在組織粗細和組織類型兩個方面，二者的改變是其性能改變的根本原因。顯微組織越細，材料的綜合性能越好。顯微組織類型直接決定其綜合力學(xué)性能，例如馬氏體具有高的強度和硬度、相變塑性和形狀記憶效應(yīng)，而珠光體塑性韌性較好，強度較低等。 本論文主要研究45鋼的調(diào)質(zhì)處理。所謂調(diào)質(zhì)處理就是由淬火和高溫回火結(jié)合的一種工藝。其中淬火是將根據(jù)鐵碳合金相圖（見圖3.3）將鋼加熱到臨界點AC1或AC3以上，保溫一段時間后快速冷卻使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的工藝方法。它可以大幅度提高鋼的強度與硬度，淬火后為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力，得到不同強度、硬度與韌性的配合，需要配以不同溫度的回火。 回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的工藝過程。決定回火 后的組織和性能的最重要因素是回火溫度，根據(jù)工件的組織和性能要求，回火可分為低溫回火、中溫回火、高溫回火。其中低溫回火溫度約為150℃~250℃，回火組織主要為回火馬氏體[10]。低溫回火適用于刀具、量具、滾動軸承、滲碳件及高頻表面淬火工件。低碳回火鋼大部分是淬火高碳鋼和高碳合金鋼，經(jīng)淬火并低溫回火后得到隱晶回火馬氏體和均勻細小的粒狀碳化物組織，具有很高的硬度和耐磨性，同時顯著降低了鋼的淬火應(yīng)力和脆性。中溫回火一般在350℃~500℃之間，回火組織為回火托氏體。中溫回火后工件的淬火應(yīng)力基本消失。因此鋼具有高的彈性極限，較高的強度和硬度，良好的塑性和韌性。故中溫回火主要用于各種彈簧零件及熱鍛模具。高溫回火的溫度約為500℃~600℃，回火組織為回火索氏體。經(jīng)高溫處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。高溫回火適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼制作的重要機器零件。 由以上分析可得：試件應(yīng)先進行840℃左右的淬火加熱，保溫τ=KD(單位為min)，在水中冷卻，然后進行600℃的回火，最后空冷。其具體工藝曲線如下圖： 750℃\840℃\930℃ τ=KD 水冷 圖3.1 淬火工藝曲線圖 圖3.2 高溫回火工藝曲線 圖3-3 鐵碳合金相圖 圖3.3 鐵碳合金相圖 在上圖3.3中，PSK(A1線)、GS(A3線)、ES(A cm線)是鋼在緩慢加熱和冷卻過程中組織轉(zhuǎn)變的臨界點。其中PSK(A1線)成為共析線或共析溫度，也就是說共析轉(zhuǎn)變是在727℃恒溫下，由Wc=0.77％的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛蒞c=0.0218％的鐵素體和滲碳體組合的混合物珠光體。GS(A3線)是在冷卻過程中的奧氏體析出鐵素體的開始線，或者說是加熱過程中鐵素體融入奧氏體的終了線。ES(A cm線)是碳在奧氏體中的溶解度曲線，當溫度低于此曲線時，就要從奧氏體中析出次生滲碳體。 根據(jù)組織特征，將鐵碳合金相圖按含碳量劃分為七種類型： (1).工業(yè)純鐵 Wc<0.0218% (2).共析鋼 Wc=0.77% (3).亞共析鋼 Wc=0.0218%~0.77% (4).過共析鋼 Wc=0.77%~2.11% (5).共晶白口鐵 Wc=4.3% (6).亞共晶白口鐵 Wc=2.11%~4.3% (7).過共晶白口鐵 Wc=4.3%~6.69% 3.3.1 不同加熱溫度的選擇 鋼的加熱過程是奧氏體的轉(zhuǎn)變過程，加熱時形成的奧氏體的化學(xué)成分、均勻化程度、晶粒大小以及加熱后未溶入奧氏體中的碳化物等過剩相的數(shù)量和分布情況，直接影響鋼在冷卻后的組織和性能[10]。 對45鋼進行熱處理時，其加熱過程主要是為了得到均勻、細小的奧氏體晶粒，而溫度對奧氏體晶粒的形成速度和晶粒大小影響最大的因素；而且工件在加熱過程中由于內(nèi)外溫差會導(dǎo)致熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的產(chǎn)生。 鋼在淬火加熱過程中，如果操作不當，會產(chǎn)生過熱、過燒或表面氧化、脫碳等缺陷。過熱是指工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長，造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。過熱不僅使淬火后得到的馬氏體組織粗大，使工件的強度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆斷，而且容易引起淬火裂紋。對于過熱工件，進行一次細化晶粒的退火或正火，然后再按工藝規(guī)程進行淬火，便可以糾正過熱組織。過燒是指工件在淬火加熱時，溫度過高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象，過燒的工件無法補救，只得報廢[12]。 淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到均勻細小的奧氏體晶粒為原則，以便淬火后獲得細小的馬氏體。根據(jù)45鋼含碳量0.45%，按含碳量是亞共析鋼。亞共析鋼通常加熱至Ac3以上30~50℃。若在AC1~AC3之間，淬火組織中除馬氏體外，還保留一部分鐵素體，使鋼的硬度和強度降低，淬火溫度亦不能超過AC3點過高，以防奧氏體晶粒粗化，淬火后獲得粗大的馬氏體。根據(jù)鐵碳合金相圖可是確定三組實驗溫度的選擇分別是750℃,840℃,930℃。 3.3.2 不同保溫時間的選擇 為了使工件各部分完成組織轉(zhuǎn)變，需要在淬火加熱時保溫一定的時間，通常將工件升溫和保溫所需的時間計算在一起，統(tǒng)稱為加熱時間。 影響淬火加熱時間的因素較多，如鋼的成分、原始組織、工件形狀和尺寸、加熱介質(zhì)、爐溫、裝爐方式及裝爐量等。保溫時間的長短對冷卻轉(zhuǎn)變后會影響奧氏體晶粒大小，對冷卻轉(zhuǎn)變后鋼的組織和性能有著重要的影響。一般來說，奧氏體晶粒越細小，鋼熱處理后的強度越高，塑性越好，沖擊韌性越高。但是奧氏體化溫度過高或在高溫下保持時間過長，將使鋼的奧氏體晶粒長大，顯著降低鋼的沖擊韌度、減少裂紋擴展功和提高脆性轉(zhuǎn)折溫度。此外，晶粒粗大的鋼件，淬火變形和開裂傾向增大，尤其是當晶粒大小不均時，還顯著降低鋼的結(jié)構(gòu)剛度，引起應(yīng)力集中，易于產(chǎn)生脆性斷裂[13]。 由于奧氏體晶粒長大與原子擴散有密切關(guān)系，所以加熱溫度越高，保溫時間越長，則奧氏體晶粒越粗大。所以研究相同加熱條件下，不同保溫時間對45鋼組織性能的影響時，根據(jù)淬火保溫時間τ=KD（式中D是工件有效厚度，單位mm；K為加熱系數(shù)，一般K=1.5~2.0min/mm）計算得保溫時間為15min，由ANSYS有限元模擬軟件為依據(jù)，分別選擇5min、15min、45min、60min。 3.4 本章小結(jié) 鋼的熱處理擁有悠久的歷史，從鐵器時代開始，熱處理工藝在不斷地發(fā)展并完善和改進著。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們對其性能的要求將越來越高，因此決定其性能的熱處理工藝的前進會變得越來越重要[14]。 本章介紹了45鋼的基本性能和化學(xué)成分，并為本次課題所要研究的不同加熱溫度和保溫時間進行了實驗參數(shù)的確定，以及為其參數(shù)的確定提供了一定的理論依據(jù)。研究鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，控制加熱規(guī)范及改變鋼在高溫下的組織狀態(tài)，對于充分挖掘鋼材性能潛力、保證熱處理產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義。 4 45鋼熱處理實驗研究 4.1 熱處理實驗的研究方案 本課題熱處理實驗可以分為兩部分： (1).將試件分別加熱750℃、840℃、930℃后保溫15min，在水中冷卻，然后進行高溫回火，最后在空氣中冷卻處理； (2).將試件加熱到840℃后，分別保溫5min、15min、45min、60min，在水中冷卻，然后進行高溫回火，最后在空氣中冷卻處理； 處理完成后通過觀察金相組織的觀察比較不同熱處理工藝對45鋼組織性能的影響，并結(jié)合沖擊韌性實驗、硬度實驗、拉伸試驗來獲取45鋼的機械性能、物理性能、工藝性能等，從而通過熱處理工藝改變金屬表面或內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，達到控制金屬性能的目的。 4.1.1 實驗設(shè)備 加熱爐、砂紙（粗細共 7 種）、砂輪機、拋光機、金相顯微鏡、吹風機、棉 球、布氏硬度裝置、洛氏硬度裝置，拉伸試驗設(shè)備。 4.1.2 實驗材料 拉伸試樣7個，沖擊韌性試樣V形缺口14個、U型缺口7個，4%硝酸酒精溶液、無水乙醇。 4.1.3 實驗步驟 （1）、將所有的試件平均分成七組，前三組在750℃、840℃、930℃下加熱并保溫15min，后四組均在840℃加熱，并分別保溫5min、15min、45min、60min，然后水冷，之后進行600℃高溫回火，最后進行空冷。 （2）、將各組試件分別打磨拋光，觀察金相組織，得到45鋼不同加熱溫度和保溫時間下的金相組織形貌圖； （3）、結(jié)合沖擊韌性實驗、拉伸試驗、硬度試驗測量以上試樣的力學(xué)性能。 4.2 實驗結(jié)果與分析 4.2.1 金相組織 金相組織分析是金屬材料試驗研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。將計算機應(yīng)用于圖像處理，具有精度高、速度快等優(yōu)點，可以大大提高工作效率[14]。 常用的金相觀察檢驗主要可分為以下幾個方面： (1)．原材料檢驗：對原材料的冶金質(zhì)量情況如偏析、非金屬夾雜物分布類型與級別檢查；對鑄造材料的鑄造疏松、氣孔、夾渣組織均勻性檢查；對鍛造件的表面脫碳、過熱、過燒、裂紋、變形等情況檢查。 (2)．生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制：金相分析可以提供調(diào)整工序及修改工藝參數(shù)的根據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)，如熱處理淬火加熱溫度、保溫時問、冷卻速度等是否合適（正確）；化學(xué)表面熱處理工藝參數(shù)的控制；鍛造的起始和終鍛溫度是否合適等。 (3)．產(chǎn)品質(zhì)量檢驗：有些機械零件或產(chǎn)品除要求機械性能、物理性能指標外，有的還要求顯微組織參數(shù)，作為質(zhì)量評定的技術(shù)指標之一。 (4)．失效分析：金相組織分析方法在機械失效分析方面廣泛應(yīng)用，對一些常見的弊病鑒定很方便。如機件表面脫碳；顯微裂紋的形貌及分布特征；化學(xué)熱處理缺陷；熱處理后的不正常組織；晶界脆性相析出等。這些金相分析的結(jié)果常作為故障分析的根據(jù)[15]。 調(diào)質(zhì)處理后的試樣經(jīng)過打磨試樣、研磨拋光及用4%硝酸酒精溶液腐蝕之后，通過金相組織顯微鏡所得到的放大200倍的室溫金相組織形貌圖可以觀察到不同處理后顯微組織的變化，從而根據(jù)組織的變化分析對性能的影響。其中經(jīng)不同淬火加熱溫度調(diào)質(zhì)處理下的金相形貌圖如下圖所示。 圖4.1 750℃淬火+高溫回火后金相組織形貌 圖4.2 840℃淬火+高溫回火后金相組織形貌 圖4.3 930℃淬火+高溫回火后金相組織形貌 從圖 4.1、4.2、4.3 中我們可以看到，750℃淬火+高溫回火所得到的基體組織與 840℃及930℃所得到的組織具有明顯的差異。這是因為750℃僅超過Ac1，并在其臨界點 Ac3以下，只能使原始組織中的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，仍保留一部分先析鐵素體，所以加熱溫度為750℃時其組織中含有大量的鐵素體和回火索氏體。而840℃和930℃時其室溫組織基體均為回火索氏體，但是回火索氏體形態(tài)是有區(qū)別的，其中 840℃時的回火索氏體組織略細。這是因為淬火鋼在回火過程中隨著回火溫度升高和回火時間的延長，只發(fā)生了馬氏體中碳的偏聚、馬氏體分解、殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變、碳化物的轉(zhuǎn)變過程以及滲碳體的聚集長大和α相回復(fù)、再結(jié)晶，所以45鋼調(diào)質(zhì)后的組織形態(tài)首先取決于淬火組織[16]。將45鋼加熱到840℃時奧氏體晶粒較細，并且融入了足夠的碳，因此淬火后可以得到細晶的馬氏體組織。而930℃時加熱溫度高了，奧氏體晶粒變的粗大，淬火后得到的馬氏體組織相對較粗大。因加熱不足而殘留在馬氏體組織中的塊狀鐵素體，將會保留到高溫回火后的索氏體組織中。同時，淬火馬氏體的粗細直接影響索氏體的粗細。 其經(jīng)過相同加熱溫度和不同保溫時間調(diào)質(zhì)處理后的金相組織圖如下圖4.4、4.5、4.6、4.7所示。 圖4.4 保溫時間為5min的金相組織形貌 圖4.5 保溫時間為15min的金相組織形貌 圖4.6 保溫時間為45min的金相組織形貌 圖4.7 保溫時間為60min的金相組織形貌 從圖4.4、4.5、4.6、4.7中我們可以看到，840℃淬火+高溫回火經(jīng)過不同的淬火保溫時間后所得到的基體組織具有明顯的差異。根據(jù)保溫時間的計算公式：τ=KD（K是加熱系數(shù)，D是工件有效厚度）可以計算出實際試件保溫時間應(yīng)為15min，當保溫時間不足5min時，會使組織中含有大量的鐵素體，這是因為形成奧氏體晶粒需要原子的擴散，而擴散需要一定的時間[17]。當保溫時間越長，會使奧氏體晶粒粗大，馬氏體轉(zhuǎn)變過程中形成粗大的馬氏體。又因為回火處理后得到的組織形態(tài)首先取決于淬火組織，所以當保溫15min、45min、60min后其室溫組織基體是回火索氏體，但是在粗細上有差別，保溫45min后的回火索氏體較保溫15min組織略顯粗大，保溫60min和保溫45min的組織幾乎相同。這是因為保溫時間在影響奧氏體長大的過程中，當奧氏體晶粒長大到一定程度時，再延長保溫時間，晶粒將不再長大而是趨于一個穩(wěn)定尺寸。 4.2.1 洛氏硬度 原理：以一定形狀的壓頭壓入金屬表面，測量壓痕深度，以無量綱的深度表示材料的硬度值。為保證壓頭與試樣表面接觸良好，試驗時先加初始試驗力F0，在試樣表面得一壓痕，深度為h1.此時，測量壓痕深度的指針在表盤上指零。然后加上主試驗力F1，壓頭壓入深度為h，表盤上指針以逆時針方向轉(zhuǎn)動到相應(yīng)刻度位置。試樣在F1作用下產(chǎn)生的總變形h包括彈性變形和塑性變形，當將F1卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（h-h1）,這時試樣表面殘留的塑性變形深度h即為壓痕深度，而指針順時針方向轉(zhuǎn)動停止時所指的數(shù)值就是洛氏硬度值[18]。 試驗所用的壓頭有兩種：種是圓錐角α=120°的金剛圓錐體；另一種是一定直徑的小淬火鋼球。 優(yōu)點：（1）操作簡便、迅速，硬度可直接讀出； (2）壓痕較小，可在工件上進行試驗； (3）采用不同標尺可測定各種軟硬不同的金屬和薄厚不一的試樣的硬度 缺點：（1）壓痕較小，代表性差； （2）若材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度 大； （3）用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。 適用范圍：主要用于熱處理質(zhì)量檢測，由于洛氏硬度試驗所用試驗力較大，不能用來測定較薄試樣、滲氮層及金屬鍍層等表面層的硬度。 不同加熱溫度保溫15min后熱處理的洛氏硬度數(shù)值如下表4.1所示。 表4.1 不同加熱溫度保溫15min后熱處理的洛氏硬度數(shù)值 加熱溫度/℃ 1 2 3 4 平均值 750 18.7 18.8 18.0 17.9 18.35 840 22.6 23.8 26.3 20.6 23.325 930 21.3 21.6 21.4 22.0 21.575 實驗結(jié)果分析：由以上數(shù)據(jù)可以看出，當控制其他變量不變時，加熱溫度為840℃時，45鋼的洛氏硬度最好。加熱溫度的偏低或偏高都會影響其洛氏硬度值，其根本原因是加熱溫度為750℃時其組織中含有大量的鐵素體，鐵素體的強度、硬度不高，同時加熱溫度過低，會使晶粒大小不均勻，降低鋼的結(jié)構(gòu)強度；加熱溫度為930℃時其回火索氏體變得粗大，晶粒越粗大，強度、硬度越不高。 加熱840℃后不同加熱溫度熱處理后的洛氏硬度數(shù)值如下表4.2所示。 表4.2 加熱840℃后不同加熱溫度熱處理后的洛氏硬度數(shù)值 保溫時間m/in 1 2 3 4 平均值 5 21.3 20.9 21.0 22.1 21.325 15 22.6 23.8 26.3 20.6 23.325 45 23.1 20.8 17.3 21.4 20.65 60 17.7 19.1 16.4 16.4 17.4 實驗結(jié)果分析：由以上實驗數(shù)據(jù)可以看出，當控制其他變量相同時，保溫時間為15min時，45鋼的洛氏硬度達到最高值，保溫時間的改變會影響洛氏硬度值，保溫時間越長，洛氏硬度值越低，試件的硬度越不好。這是因為保溫5min時，奧氏體來不及出現(xiàn)，直接影響最后的組織中沒有高強度、高硬度的回火索氏體；加熱時間過長，奧氏體晶粒粗大，導(dǎo)致回火索氏體組織粗大，影響硬度。 4.2.3 拉伸實驗 拉伸試件的形狀和尺寸取決于被試驗金屬產(chǎn)品的形狀和尺寸。通過從產(chǎn)品、壓制坯或鑄件切取樣坯經(jīng)機加工制成樣品。但具有恒定橫截面的產(chǎn)品，例如型材、棒材、線材等，和鑄造試樣可以不經(jīng)機加工而進行試驗[19]。 試樣橫截面可以為圓形、矩形、多邊形、環(huán)形，特殊情況下可以為某些其他形狀。 拉伸試件的試樣在國家標準和國際標準中都明確規(guī)定，試樣原始截面積A0和試樣標距長度l0之間要保持一個特定的比例：規(guī)定其比例系數(shù)等于5.65或者11.3。對于圓柱體試件，剛好是長度為直徑的5倍或10倍。如果被試驗材料不能制作成這種規(guī)格，可以制作非比例試樣，其延伸率值要按照國家標準進行換算（金屬材料力學(xué)性能）。 本實驗采用標距長度為50mm，直徑為10mm的短比例試件。 通過拉伸試驗可以得到材料的基本力學(xué)性能指標，如彈性模量、屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率等。 具體的實驗步驟如下： (1)劃線測量 (2)將樣品安裝在萬能拉伸試驗機上，按照試驗機的操作流程，對樣品進行拉伸，在電腦上記錄拉伸曲線， (3)設(shè)置電腦屏幕上的各種拉伸參數(shù)，將初始數(shù)據(jù)設(shè)置為0，點擊開始按鈕，開始拉伸試驗。當拉伸量趨于平穩(wěn)，將試件取下避免設(shè)備損壞。 (4)繼續(xù)拉伸試樣，直到試件斷裂。將試樣從試驗機取下，觀察端口形貌，看到端口周邊的剪切唇。 (5)測定斷后試樣頸縮直徑，斷后標距長度，試樣旋轉(zhuǎn)90度再測量一遍。 (6)根據(jù)拉伸過程中測得的應(yīng)力、位移、塑性變形的數(shù)據(jù)，按國際的數(shù)據(jù)處理方式，計算拉伸試驗測得的四項拉伸強度和拉伸塑性的測試結(jié)果。 不同加熱溫度下拉伸試驗數(shù)據(jù)如下表4.3所示。 由以下數(shù)據(jù)可以看出，當保持其他變量不變化時，加熱溫度為840℃時，45鋼的。綜合力學(xué)性能較好。加熱750℃熱處理后的組織是大量的鐵素體和回火索氏體，其中鐵素體具有良好的塑性和韌性，故其延伸率較大；加熱840℃時，能得到組織均勻、晶粒大小適合的回火索氏體，它具有良好的韌性和塑性，同時具有較高的強度，綜合力學(xué)性能較好，故其性能最好；而加熱930℃時，得到的組織晶粒較大，使其強硬度下降，塑韌性增大。 表4.3 不同加熱溫度下拉伸試驗數(shù)據(jù) 熱處理方式 伸長量/mm 最小直徑/mm 延伸率 斷面收縮率 屈服強度/MPa 斷裂強度/MPa 抗拉強度/MPa 750℃ 15min 28 6.48 0.28 0.352 611 1698 713 840℃ 15min 21 6.30 0.21 0.370 700 1989 789 930℃ 15min 19 6.20 0.19 0.380 649 1967 756 不同保溫時間下拉伸試驗數(shù)值如表4.4所示。 表4.4 不同保溫時間下拉伸試驗數(shù)值 熱處理方式 伸長量/mm 最小直徑/mm 延伸率 斷面收縮率 屈服強 度/MPa 斷裂強度/MPa 抗拉強度/MPa 840℃ 5min 24.5 6.28 0.245 0.372 637 1872 738 840℃ 15min 21 6.30 0.21 0.370 700 1989 789 840℃ 45min 23 6.20 0.23 0.380 649 1987 764 840℃ 60min 15 8.56 0.15 0.144 662 977 716 由以上數(shù)據(jù)可以看出，當保持其他變量不變化時，保溫時間為15min時，45鋼的綜合力學(xué)性能較好。這是因為保溫5min時，熱處理組織為鐵素體，鐵素體具有良好的塑性和韌性，故其延伸率較大；當保溫15min時，能得到組織均勻、晶粒大小適合的回火索氏體，它具有良好的韌性和塑性，同時具有較高的強度，綜合力學(xué)性能較好，故其性能最好；當保溫60min時，組織粗大，各項性能指標都處于較低的狀態(tài)。 4.3 本章小結(jié) 本章主要結(jié)合了目前鋼的熱處理研究所得到的成果對畢業(yè)設(shè)計實驗所得的數(shù)據(jù)進行分析。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)了不同熱處理條件下 45 鋼的組織性能差別很大。其中加熱溫度840℃、保溫時間15min淬火+高溫回火后45鋼的硬度已經(jīng)接近最大值。所以45鋼淬火是加熱溫度在840℃是最理想的，加熱溫度再升高不僅增加生產(chǎn)成本，而且會引起淬火應(yīng)力降低，組織粗大等；同時保溫時間控制15min也是比較適宜的，保溫時間減少，可能會出現(xiàn)因加熱不均勻而造成硬度不足的現(xiàn)象，保溫時間過長，會使晶粒粗大，氧化脫碳嚴重，影響淬火質(zhì)量。 結(jié) 論 熱處理工藝對鋼鐵材料微觀組織和化學(xué)性能有很大影響，因此合理選擇熱處理工藝參數(shù)對材料性能的提高至關(guān)重要。在本次畢業(yè)設(shè)計中我們通過控制熱處理變量，即加熱溫度和保溫時間來探討熱處理工藝對45鋼組織及性能的影響。經(jīng)過實驗結(jié)果對比分析后得到如下規(guī)律：45鋼熱處理過程中加熱溫度和保溫時間的不同選擇對其組織性能有很大影響，加熱溫度過低會影響奧氏體的均勻化，過高則會使奧氏體組織過大，從而使45鋼熱處理后的組織性能產(chǎn)生影響。 閱讀了大量的文獻資料發(fā)現(xiàn)，許多科學(xué)工作者在研究鋼的熱處理工藝時，其控制的變量除了加熱溫度和保溫時間以外還有冷卻速度和加熱速度等，而這些正是我所進行的實驗所欠缺的，只有對所有影響熱處理工藝的參數(shù)進行對比分析，才能得到完整的結(jié)論。 在本次的畢業(yè)設(shè)計中我覺得圖書館里關(guān)于45鋼的相關(guān)圖書資料比較欠缺，查資料方面有點困難，由于時間和實驗室條件以及本人的能力等諸多因素的限制，實驗設(shè)計的比較簡單，實驗中也只是改變了兩個條件，這樣對比度不夠。在以后的實驗中，我們可以通過改變實驗條件如冷卻速度和加熱速度來設(shè)計實驗，以獲得非常豐富的實驗數(shù)據(jù)，得到完善的實驗結(jié)果。 在經(jīng)濟全球化的今天，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，已經(jīng)達到我們無法想象的地步，要想在競爭之中占得