45、60Si2Mn钢的淬透性与淬硬性分析
摘要：
淬硬性[1]是指钢在正常淬火条件下，所能达到的最高硬度。淬硬性主要与钢中碳的含量有关。形状、尺寸相同的不同钢材淬火后，所获得的硬度值大小是不相同的。可以根据所获得的最高硬度来进行淬硬性的比较，硬度越高的淬硬性越好，反之，硬度越低的淬硬性越差。
淬透性[1]是指钢材在理想条件下淬火所能获得的马氏体组织硬层深度的倾向。淬透性是钢材固有的一种属性，它取决于钢的淬火临界冷速[1]的大小。形状、尺寸相同的不同钢材，在相同条件下淬火后，它们所获得淬层深度是不相同的，淬硬层深度越深，我们就说他的淬透性越好。相反，淬层深度越浅，它的淬透性越差。
本次综合实验研究在正常淬火条件下，45钢和60Si2Mn的硬度差别与变化，来对比不同钢种的淬硬性和淬透性的差别，通过金相组织的对比来说明影响45钢和60Si2Mn的淬透性和淬硬性的组织因素。 关键词：淬透性 淬硬性 含碳量 临界冷却速度
Research on Quenched and Hardenability Characteristics of 45 and 60Si2Mn Steels
Abstract:
Quenching rigid means steel can reach the highest rigidity’s ability in normal quenching condition. Major in steel quenching rigid with carbon content. The same in different shapes, sizes steel quenching after hardness value is not the same size. According to the highest rigidity obtained to compare, the higher the better the quenching rigid, conversely, the lower the rigid quenching.
Its quench-hardening ability means steel can obtain martensitic organizations of hard layer depth in ideal quenching conditions. Its quench-hardening ability is an attribute of the inherent steel, which depends on the steel quenching cooling rate of critical size. Under the same conditions after quenching, the same in different shapes, sizes steel, obtain differ depth is quenched. The depth of hardening layer, the better its quench-hardening ability, instead the shallow depth of quenching, its quench-hardening ability.
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This comprehensive experimental research on normal quenching condition,the difference of hardness change between 45 and 60Si2Mn , to contrast different kinds of rigid and its quench-hardening ability. Through comparison of metallographic organization to illustrate the influence of 45 steel 60Si2Mn and its quench-hardening ability and organizational factors of rigid.
Keywords:
Quenched Characteristic Hardenability characteristic Carbon content Critical cooling rate
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目录
第一章 绪论 ....................................................... 1 1.1 45、60Si2Mn的综合性能和应用 ................................. 1 1.1.1 45钢的工作条件及性能要求 ................................. 1 1.1.2 60Si2Mn的工作条件与性能要求 .............................. 1 1.2钢的热处理 .................................................... 2 1.2.1调质钢的热处理 ............................................ 2 1.2.2弹簧钢的热处理 ............................................ 2 1.3合金元素在45、60Si2Mn中的作用 ................................ 3 1.3.1合金元素在45中的作用 ..................................... 3 1.3.2合金元素在60Si2Mn中的作用 ................................ 3 1.4 本次实验目的 .................................................. 3 第二章 实验方案和实验过程........................................... 4 2．1实验材料及设备 ............................................... 4 2．1．1实验材料45、60Si2Mn的化学成分 .......................... 4 2．1．2实验设备 ................................................ 4 2.2实验方案 ...................................................... 4 2.1.2钢的热处理工艺参数 ........................................ 4 2.1.3实验过程 .................................................. 4 2.3金相显微组织观察 .............................................. 5 2.3.1金相组织的制备 ............................................ 5 2.3.2 显微摄影 .................................................. 5 第三章 实验结果分析................................................. 6 3．1实验结果 ..................................................... 6 3.1．1硬度值记录 ............................................... 6 3．1．2实验试样金相组织照片 .................................... 6 3．2 45、60Si2Mn淬火后组织分析 ................................... 7 3．3 45、60Si2Mn淬硬性和淬透性分析 ............................... 7 第四章 实验结论..................................................... 9 参考文献........................................................... 10
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第一章 绪论
1.1 45、60Si2Mn的综合性能和应用
1.1.1 45钢的工作条件及性能要求
通常将经过淬火和高温回火处理而使用的结构钢成为调质钢。45钢属于典型的低淬透性中碳调质钢，调质处理后的组织为回火索氏体组织[2]。调质钢是应用最广的机器零件用钢，约占行业中机器零件用钢的30%。为获得良好的综合机械性能，通常进行调质处理。
许多机器设备上的重要零件如机床主轴、汽车拖拉机的后桥半轴、柴油发电机曲轴、连杆、刚强度螺栓等，都是在多种应力负荷下工作的，受力情况比较复杂。例如汽车上的主轴，工作时即传递扭矩又承受弯矩，所受力是交变的动负荷应力，其常见的失效形式是疲劳断裂[2]。还有些轴，由于轴颈与滑动轴承的相配合而产生相对滑动、摩擦磨损。在极少数的情况下，当机器启动或急刹车换挡时，收到一定冲击载荷的作用。因此，对调质钢的性能提出如下要求:高的屈服强度和疲劳极限、良好的冲击韧性和塑性、轴的表面和局部要有一定的耐磨性，又强又韧，具有良好的综合力学性能。在满足良好的力学性能要求的同时，还必须考虑材料的断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率等性能。
一般调质钢的力学性能指标范围大体如下：σs≈800～1100MPa，σ0.2≈700～1000MPa，δ≈9%～15%，?≈45%～55%，αk≈60～120J/cm2,Τk≤-40℃。 调质钢具有良好的综合力学性能的原因与其在使用状态下组织为中碳回火索氏体有关。这种组织状态具有以下特点：
① 强化相为弥撒均匀分布的颗粒状碳化物，可以保证有较高的塑变抗力和疲劳强度。
② 组织均性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能，可以保证有良好的塑性和韧性。
③ 作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，其晶粒细小，使钢的冷脆倾向大大减小。
1.1.2 60Si2Mn的工作条件与性能要求
60Si3Mn是常用的弹簧钢[3]钢种。在各种机器设备中，弹簧的主要作用是吸收冲击能量，缓和机械的振动和冲击作用。例如，用于汽车拖拉机和机车上的叠板弹簧，它们除了承受车厢和在屋的巨大质量外，还要承受因地不平所引起的冲击载荷和振动，使汽车、火车等车辆运转平稳，并避免因受冲击而过早地破坏。此外，弹簧还可储存能量，使其机件完成事先规定的动作，保证机器和仪表的正常
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工作。
由此可见，在外力作用下弹簧发生变形以吸收能量；外力去除后，弹性变形又恢复放出能量，从而保证弹簧本身不受损害，可见，弹簧也是在交变载荷下工作，其破坏形式是疲劳断裂和由于塑性变形而失去弹簧作用。 根据以上工作要求，弹簧应具有如下性能：
①高的弹性机箱、屈服极限和高的屈强比，以保证弹簧有足够高的弹性变形能力，
并能承受大的载荷。 ②高的疲劳极限，以保证弹簧在长期的振动和交变应力作用下不产生 疲劳破坏。
③为了满足成型的需要和可能承受的冲击载荷，弹簧应具有一定的塑性和韧性δk≥20%。
1.2钢的热处理
1.2.1调质钢的热处理
由于调质钢中含碳量较高，又含有不同数量的合金元素，因而在热加工后其组织将有很大差别。为了改善切削加工性以及改善因轧、锻不适当而造成的晶粒粗大和带状组织，调质钢在切削加工前需进行预备热处理。对于合金元素含量较低的调质钢可进行正火或退火处理。对于合金元素含量较高的调质钢，因正火后可得到马氏体组织，尚需正火后再在Ac1以下温度进行高温回火，使其组织转变为粒状珠光体，降低硬度，便于切削加工。
调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。调质钢的最终性能取决于回火温度的选择。当要求高塑性、高韧性及一定的强度时，采用500～600℃回火，即调质处理，获得回火索氏体[3]组织。
1.2.2弹簧钢的热处理
为进一步发挥弹簧钢的性能潜力，在弹簧钢热处理时应注意以下几点： ① 弹簧钢多为硅锰钢，硅具有促进脱碳的作用，锰有促进晶粒长大的作用。表面脱碳和晶粒长大均使钢的疲劳强度大大下降，因此加热温度、加热时间和加热介质均应注意选择和控制。
② 回火温度一般为350～450℃。若钢材表面状态良好，应选用低限温度回火；反之，若表面状态欠佳，可用上限温度回火，以提高钢的韧性，降低对表面缺陷的敏感性。
③ 弹簧钢含硅量较高，钢材在退火过程中易产生石墨化，对此必须引起重视。
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