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在眾多牌號的結構鋼中，45鋼使用的廣泛，尤其是在五金行業(yè)中，45鋼制構件更多。該鋼是一種優(yōu)質(zhì)碳索結構鋼，可進(jìn)行各種熱處理，它不僅可做結構件，還可做工具。多年來(lái)，這一鋼種雖然已積累有豐富的生產(chǎn)與應用的經(jīng)驗，但在生產(chǎn)實(shí)際中，仍會(huì )出現許多使用不當之處，結果設有充分發(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(kāi)裂是一種常見(jiàn)現象。 1.軋尖機軋輥的淬裂分析 在金屬絲加工過(guò)程中，軋尖機是必不可少的輔助機械，而機上的軋輥是一關(guān)鍵部件。由于45鋼是常用的普通碳索鋼，熱處理工藝簡(jiǎn)單，在熱處理過(guò)程中未能引起重視，結果在一次生產(chǎn)中造成數根軋輥淬火開(kāi)裂，裂紋出現的部位是在軋輥的螺紋齒根部。 對開(kāi)裂的軋輥進(jìn)行現場(chǎng)調查發(fā)現，軋輥在淬火加熱前未經(jīng)過(guò)充分的預熱就直接放入840℃的箱式電阻爐中加熱40min，然后放入鹽水中冷卻。用鐵錘對軋輥開(kāi)裂部位輕輕一敲，沿著(zhù)螺紋齒邊就被敲掉一塊。 對從軋輥上開(kāi)裂掉下的斷塊的斷面觀(guān)察發(fā)現，斷面顯灰亮色，斷口晶粒粗大。用S-570型掃描電鏡對斷口進(jìn)行觀(guān)察發(fā)現：顯露出清晰的晶界二次裂紋，有被拉長(cháng)的晶界或撕裂棱，還有被拉長(cháng)的夾雜物夾層。 在斷塊上切取15mm×15mm金相試樣，將斷面作為觀(guān)測面，在PME型金相顯微鏡上作金相組織分析，發(fā)現淬火組織粗大，有羽毛狀上貝氏體組織出現。 45鋼經(jīng)840℃加熱淬火的正常組織應為較細的淬火馬氏體，但是由于45鋼的淬透性較差，軋輥的截面積叉較大，故獲得混合組織。經(jīng)比較，軋輥的金相組織屬于異常組織。 經(jīng)上述檢測及對檢測結果的分析，不難得出如下結論，造成軋輥淬火開(kāi)裂的原因主要有：淬火加熱時(shí)有“過(guò)熱”現象產(chǎn)生；淬火劑選擇不當、冷卻速度不均勻；淬火時(shí)未考慮到零件的形狀，產(chǎn)生明顯的淬火應力集中區。 對熱處理車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)一步調查發(fā)現，淬火加熱爐的爐溫儀表長(cháng)期不校檢，儀表所指的溫度與爐內實(shí)際溫度偏差較大，即儀表所示溫度為840℃，工件的實(shí)際溫度為880℃，已經(jīng)產(chǎn)生“過(guò)熱”現象，它使正常的細晶粒鋼粗化，它比細晶粒鋼對淬火開(kāi)裂更加敏感。車(chē)間里所用的淬火水槽內的淬火劑長(cháng)期不更換，里面所裝的鹽水成分已無(wú)法確定，由此造成各點(diǎn)處的冷卻能力不可能一致。眾所周知，淬火冷卻是淬火工藝中重要環(huán)節，它應鋼件在冷卻時(shí)得到馬氏體。45鋼的淬透性差，淬火冷卻介質(zhì)的使用顯得更加重要。淬火冷卻介質(zhì)的冷卻速度不僅要使工件的冷卻速度大于鋼的臨界淬火速度，淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力還要工件各點(diǎn)處的冷卻溫度相一致。因為工件在冷卻時(shí)，它的表里及各部位存在的溫度差過(guò)大的話(huà)，造成熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生熱應力。另外，奧氏體轉變產(chǎn)物的比容不同，也會(huì )造成組織應力，熱應力與組織應力的疊加就會(huì )在鋼中產(chǎn)生內應力。在機械加工過(guò)程中，軋輥表面螺紋槽根部會(huì )發(fā)生較大的機械應力，該部位在熱處理過(guò)程中成為內應力集中的地方。當內應力增大時(shí)，將使軋輥彎曲變形，而內應力大于斷裂極限時(shí)，就會(huì )沿螺紋槽根部開(kāi)裂。 針對上述分析，采取了以下措施，從而避免了軋輥再次發(fā)生淬火開(kāi)裂現象。這些措施包括： (1)軋輥經(jīng)機械加工成型后，在400℃的箱式電阻爐中加熱保溫2h，目的是及時(shí)消除機械加工應力。 (2)對爐溫儀表進(jìn)行了重新校對，使實(shí)際淬火加熱溫度控制在(840±5)℃范圍內，嚴防過(guò)熱現象的產(chǎn)生，因為過(guò)熱組織的產(chǎn)生是引起淬火開(kāi)裂的重要原因。 (3)重新配制了淬火冷卻用的鹽水，并且采取了水、油混合冷卻法。因為水在Ms點(diǎn)附近溫度冷卻太快，而油比水慢。 2.提高45鋼工件使用壽命的措施 影響材料使用性能及壽命的因素有化學(xué)成分、工藝參數、組織結構以及服役條件。就45鋼的化學(xué)成分而言，雖然很簡(jiǎn)單，但若忽視，必然會(huì )影響它的熱處理性能及使用性能。例如目前所述的軋輥原材料中就含有夾雜物，冶金質(zhì)量較差，用這種材料制造一般的五金機械結構件可以，但用來(lái)制造類(lèi)似軋輥這樣的工具，使用壽命不會(huì )長(cháng)的。45鋼的化學(xué)成分有一個(gè)允許范圍，研究表明，45鋼的化學(xué)成分適當控制在中上限可獲得較高的機械性能，接近或達到50鋼或45Mn鋼的性能水平。 45鋼的主要化學(xué)成分是碳，而國產(chǎn)45鋼的同批材料含碳量變化幅度大，這樣會(huì )在相同的熱處理工藝條件下，含碳量高的工件會(huì )過(guò)熱、開(kāi)裂，而含碳量低的，硬度偏低。降低淬火溫度，采用亞溫淬火法是防止45鋼淬火開(kāi)裂的一種簡(jiǎn)單有效的方法。 對于尺寸較大的工件，需要將原材料鍛造改形時(shí)，可以采用高溫形變淬火法。該法是將工件毛坯加熱至穩定奧氏體區域，保持適當時(shí)間后，在再結晶溫度以上進(jìn)行形變并淬火的復臺處理工藝。值得注意的是，45鋼形變奧氏體晶界和高溫淬火奧氏體品界的化學(xué)成分存在明顯差別，在高溫淬火的原始奧氏體晶界上有S、Si元素的富集，形變淬火后其雜質(zhì)元素比較均勻地分布在奧氏體中。故可認為，晶界的凈化是高溫形變熱能獲得強韌化重要原因之一。 對較長(cháng)的圓柱形工件淬火時(shí)，一般采用感應加熱淬火法。該法時(shí)常也會(huì )出現淬火開(kāi)裂現象。淬裂主要原因是：凸輪和桃尖截面尺寸變化過(guò)大，加熱時(shí)在桃尖方向上易產(chǎn)生應力集中；碳含量超過(guò)45鋼上限，感應加熱時(shí)，隨含碳量的增加淬裂傾向性增大；機械加工時(shí)產(chǎn)生的加工應力在淬火加熱前未被消除。改進(jìn)措施：把含碳量控制在0.43%—0.48%內；毛坯件經(jīng)正火處理，晶粒度控制在6—8級；冷加工后，加一道550℃加熱2h去應力退火。(圖/文www.fmrose.com)
