在眾多牌號(hào)的結(jié)構(gòu)鋼中，45鋼使用的廣泛，尤其是在五金行業(yè)中，45鋼制構(gòu)件更多。該鋼是一種優(yōu)質(zhì)碳索結(jié)構(gòu)鋼，可進(jìn)行各種熱處理，它不僅可做結(jié)構(gòu)件，還可做工具。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(yàn)，但在生產(chǎn)實(shí)際中，仍會(huì)出現(xiàn)許多使用不當(dāng)之處，結(jié)果設(shè)有充分發(fā)揮該鋼所具有的性能潛力，造成大量浪費(fèi)。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.軋尖機(jī)軋輥的淬裂分析
在金屬絲加工過程中，軋尖機(jī)是必不可少的輔助機(jī)械，而機(jī)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，在熱處理過程中未能引起重視，結(jié)果在一次生產(chǎn)中造成數(shù)根軋輥淬火開裂，裂紋出現(xiàn)的部位是在軋輥的螺紋齒根部。
對(duì)開裂的軋輥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，軋輥在淬火加熱前未經(jīng)過充分的預(yù)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(duì)軋輥開裂部位輕輕一敲，沿著螺紋齒邊就被敲掉一塊。
對(duì)從軋輥上開裂掉下的斷塊的斷面觀察發(fā)現(xiàn)，斷面顯灰亮色，斷口晶粒粗大。用S-570型掃描電鏡對(duì)斷口進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)：顯露出清晰的晶界二次裂紋，有被拉長(zhǎng)的晶界或撕裂棱，還有被拉長(zhǎng)的夾雜物夾層。
在斷塊上切取15mm×15mm金相試樣，將斷面作為觀測(cè)面，在PME型金相顯微鏡上作金相組織分析，發(fā)現(xiàn)淬火組織粗大，有羽毛狀上貝氏體組織出現(xiàn)。
45鋼經(jīng)840℃加熱淬火的正常組織應(yīng)為較細(xì)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(cè)及對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析，不難得出如下結(jié)論，造成軋輥淬火開裂的原因主要有：淬火加熱時(shí)有“過熱”現(xiàn)象產(chǎn)生；淬火劑選擇不當(dāng)、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(yīng)力集中區(qū)。
對(duì)熱處理車間實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，淬火加熱爐的爐溫儀表長(zhǎng)期不校檢，儀表所指的溫度與爐內(nèi)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“過熱”現(xiàn)象，它使正常的細(xì)晶粒鋼粗化，它比細(xì)晶粒鋼對(duì)淬火開裂更加敏感。車間里所用的淬火水槽內(nèi)的淬火劑長(zhǎng)期不更換，里面所裝的鹽水成分已無法確定，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(jié)，它應(yīng)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?yàn)楣ぜ诶鋮s時(shí)，它的表里及各部位存在的溫度差過大的話，造成熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生熱應(yīng)力。另外，奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同，也會(huì)造成組織應(yīng)力，熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的疊加就會(huì)在鋼中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在機(jī)械加工過程中，軋輥表面螺紋槽根部會(huì)發(fā)生較大的機(jī)械應(yīng)力，該部位在熱處理過程中成為內(nèi)應(yīng)力集中的地方。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力增大時(shí)，將使軋輥彎曲變形，而內(nèi)應(yīng)力大于斷裂極限時(shí)，就會(huì)沿螺紋槽根部開裂。
針對(duì)上述分析，采取了以下措施，從而避免了軋輥再次發(fā)生淬火開裂現(xiàn)象。這些措施包括：
(1)軋輥經(jīng)機(jī)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(jī)械加工應(yīng)力。
(2)對(duì)爐溫儀表進(jìn)行了重新校對(duì)，使實(shí)際淬火加熱溫度控制在(840±5)℃范圍內(nèi)，嚴(yán)防過熱現(xiàn)象的產(chǎn)生，因?yàn)檫^熱組織的產(chǎn)生是引起淬火開裂的重要原因。
(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?yàn)樗贛s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(shù)、組織結(jié)構(gòu)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(jī)械結(jié)構(gòu)件可以，但用來制造類似軋輥這樣的工具，使用壽命不會(huì)長(zhǎng)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(dāng)控制在中上限可獲得較高的機(jī)械性能，接近或達(dá)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(guó)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)過熱、開裂，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鋼淬火開裂的一種簡(jiǎn)單有效的方法。
對(duì)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(wěn)定奧氏體區(qū)域，保持適當(dāng)時(shí)間后，在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行形變并淬火的復(fù)臺(tái)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(rèn)為，晶界的凈化是高溫形變熱能獲得強(qiáng)韌化重要原因之一。
對(duì)較長(zhǎng)的圓柱形工件淬火時(shí)，一般采用感應(yīng)加熱淬火法。該法時(shí)常也會(huì)出現(xiàn)淬火開裂現(xiàn)象。淬裂主要原因是：凸輪和桃尖截面尺寸變化過大，加熱時(shí)在桃尖方向上易產(chǎn)生應(yīng)力集中；碳含量超過45鋼上限，感應(yīng)加熱時(shí)，隨含碳量的增加淬裂傾向性增大；機(jī)械加工時(shí)產(chǎn)生的加工應(yīng)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(nèi)；毛坯件經(jīng)正火處理，晶粒度控制在6—8級(jí)；冷加工后，加一道550℃加熱2h去應(yīng)力退火。(圖/文www.biemen.cn)