【正文】 …. …. …. …. 8 實(shí)驗(yàn)材料 …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. .8 實(shí)驗(yàn)步驟 …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. .8 本章小結(jié) …. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. …… .…. …… ..8 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 …. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. … 10 45鋼熱處理前后試 樣的組織觀察和分析 …………………………………… .10 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. …… ..10 實(shí)驗(yàn)材料 …. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. …… ..10 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 …. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. ……. …… ..11 45鋼熱處理前后試樣的硬度測(cè)定和分析 . …. …. …. …. …. ……………… .15 實(shí) 驗(yàn)設(shè)備 . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …………… 15 實(shí)驗(yàn)材料 . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …………… 16 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …………… 16 45鋼熱處理前后試樣的拉伸性能測(cè)定和分析 …. …. …. ……. ..…. …. … ...16 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …………… 17 實(shí)驗(yàn)材料 . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …………… 17 IV 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …………… 18 45鋼熱處理前后的沖擊功測(cè)定和分析 . …. …. ……. …. ……. …. ..……. ...28 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 …. …. ……. …. ……. …. …… . …. ……. …. ……. …. ……. … 28 實(shí)驗(yàn)材料 …. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. … 28 實(shí)驗(yàn)步驟 …. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. … 29 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) …. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. … 29 本章小結(jié) . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …………… ...30 4 結(jié)論 …………. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ……. …. ………. ..31 參考文獻(xiàn) ……. …. …………. …. …………. …. …………. …. …………. …. … ..32 致 謝 ……. …. …………. …. …………. …. …………. …. …………. …. …… ..34 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 材料是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志。材料大致可以分為五大類：金屬材料、高分子有機(jī)材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料和新材料 。材料的使用在社會(huì)生產(chǎn)生活中占有很大的比重，這主要是因?yàn)椴牧吓c國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和人民生活密切相關(guān)?，F(xiàn)今材料的品種、性能和經(jīng)濟(jì)性以成為衡量一種材料能否廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。而 45 鋼就是最為使用廣泛的材料之一。 鋼材一直從鐵器時(shí)代沿用至今，其在工業(yè)發(fā)展中有巨大的重要性。鋼材是合金機(jī)構(gòu)材料中最為主要的， 45 鋼是最常使用的鋼材之一，由于其綜合性能較好，廣泛用于機(jī)械、醫(yī)療和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。尤其是在機(jī)械制造方面，廣泛用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，比如那些在交變負(fù)荷下使用的連桿、螺栓、 汽車拖拉機(jī)半軸和柴油機(jī)零件等。 因此， 研究鋼的熱處理對(duì)改進(jìn)鋼的性能有積極的影響和重要的意義，鋼材熱處理方面的探索和研究必將推動(dòng)工業(yè)的發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步。在 21 世紀(jì)經(jīng)濟(jì)全球化的今天，鋼材熱處理工藝必然產(chǎn)生新的工業(yè)革新和工業(yè)化大潮。 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，人們需要各種不同性能的鋼材，僅憑原始材料的性能已經(jīng)滿足不了實(shí)際生活中的要求。比如，為了便利切削加工就需降低或提高硬度要求，以便節(jié)約或保護(hù)刀具和提高勞動(dòng)效率；為了延長(zhǎng)使用壽命和為使零件能夠在腐蝕環(huán)境中工作，就要求材料具有較高的硬度和耐腐蝕性等。為滿足這些條件，除了選用合適的材料之外，還必須進(jìn)行的能提升性 能的熱處理，才能使用材料滿足需求。總而言之，熱處理在機(jī)械制造加工業(yè)中占有十分重要的地位 [1]。 縱觀鋼鐵的歷史發(fā)展長(zhǎng)河，鋼鐵性能的提升與熱處理有著緊密的聯(lián)系。 45鋼是使用較為廣泛的鋼材之一，通過(guò)熱處理工藝提升其性能因此具有重要的實(shí)踐意義。 45 鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，用作連桿、螺栓螺釘、汽車拖拉機(jī)半軸和柴油機(jī)零件等 [2]，其化學(xué)成分如表 。 表 45 鋼化學(xué)成分 [2] 元素 C Mn S P Si 含量％ ~ ~ ≤ ≤ ~ 各國(guó)類似鋼種牌號(hào) 如表 。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 表 不同國(guó)家 45 鋼號(hào)對(duì)照表 [2] 國(guó) 別 中國(guó) GB 日本 JIS 聯(lián) 邦 德 國(guó)DIN(WNr) 美國(guó) ASTM AISI SAE 英國(guó) BS 法國(guó)NF 蘇聯(lián)TOCY 國(guó)際 ISO 鋼 號(hào) 45 S45c c45() 1045 1045 1045 060A47 XC45 45 R683/ IC45e ck45() 1046 1046 1046 080A47 cm45() 080M46 45 鋼研究的目的及意義 找到提高其綜合力學(xué)性能的方法，進(jìn)而為與其相關(guān)的各個(gè)行業(yè)的發(fā)展做鋪墊。而 45 鋼的性能與其顯微組織直接相關(guān)，所以對(duì)其顯微組織的研究將是本課題的重中之重。 熱處理工藝除了一方面能提高零件的使用性能外，而且還可以改善工件的綜合力學(xué)性能，延長(zhǎng)零件的使用壽命以及提高加工質(zhì)量等。為了掌握什么樣的熱處理工藝條件下對(duì) 45 鋼綜合性能提升影響最大，必須通過(guò)相互對(duì)比、分析得出。因此在不同的熱處理?xiàng)l件下，熱處理后試樣的各方面性能對(duì)比分析也是本次實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)方面。 本課題主要是研究普通熱處理工藝對(duì) 45 鋼組織性能的影響，常用的熱處理工藝主要有正火、淬火、回火等。加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度等是影響其熱處理工藝的主要因素。所以，本課題主要通過(guò)普通熱處理方案進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，以獲得有用的結(jié)論。 45鋼國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展說(shuō)明 1999 年，尤顯卿教授綜合論述了如何正確制定 45 鋼熱處理工藝，防止淬火開(kāi)裂 [3]。 2020 年在退火工藝方面，劉愛(ài)國(guó)、李杰工程師通過(guò)對(duì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 45 鋼球化退火工藝的分析和研究，找出影響 45 鋼球化的主要因素，改進(jìn)了退火工藝，提高了 45 鋼球化合格率，滿足了用戶需求 [4]。 2020 年在機(jī)械制造行業(yè)，樊曉燕談及了鋼的熱處理，論述了當(dāng)今熱處理對(duì)太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 機(jī)械零件和工模具制造行業(yè)的重要性以及目前的熱處理工藝 [5]。同年邊晉榮工程師就 45 鋼熱處理淬火裂紋控制 [6]進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，對(duì)淬火裂紋產(chǎn)生的原因以及處理方案等進(jìn)行分析和改進(jìn)，認(rèn)為在生產(chǎn)過(guò)程中要靈活運(yùn)用，具體問(wèn)題具體分析。2020 年上海交通大學(xué)的徐祖耀院士就近年來(lái)發(fā)展的鋼的熱處理新工藝 淬火和分配（ QP）處理為基礎(chǔ)，提出淬火 分配 回火（ QPT）工藝 [7]。 2020 年，趙琳工程師通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析 45 鋼短軸得出通過(guò)正火、淬火、中溫回火等熱處理工藝，改變了 45 鋼的內(nèi)部組織，從而改變其性能，使材料具有了優(yōu)良的綜合機(jī)械性能和良好的切削加工性能 [8]，不僅改變了表面耐磨性，而且工件中心部分也得到了較高的韌性，滿足使用要求。 2020 年，在工藝性能研究方面，劉孜文在對(duì) 45 鋼的熱處理研究中通過(guò)對(duì)組織與性能研究認(rèn)為熱處理方式不同對(duì)應(yīng)組織也不相同，性能也隨之變化 [9]。 2020 年，在淬火工藝過(guò)程中，裴廣州副工程師研究了 45 鋼的熱處理工藝，通過(guò)亞淬火降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，可以相應(yīng)地抑制鋼的可逆回火脆性 [10]。另外與普通 45 鋼淬火相比，亞淬火更能較 好的提高鋼的力學(xué)性能。 2020 年， Izabel Fernanda Machado 在對(duì)鋼材的熱處理方面有一些新的技術(shù)進(jìn)步，研究電源電壓對(duì)材料熱處理的影響 [11]。 本次論文研究?jī)?nèi)容 45鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高且易切削加工。 45鋼在淬火后沒(méi)有回火前，硬度大于 HRC55（最高可達(dá) HRC62）為合格。 GB/T6991999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 45鋼的一些性能，其中抗拉強(qiáng)度為 600Mpa，屈服強(qiáng)度為 355MPa，伸長(zhǎng)率為 16%，斷面收縮率為 40%，沖擊功為 39J 等。 45 鋼由于冷卻速度改變而形成 的不同組織結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響其機(jī)械性能。意思就是說(shuō)，在鐵碳合金相圖中最高硬度的獲得是由一種叫做馬氏體轉(zhuǎn)變的非擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變決定；最低硬度是由一種叫做珠光體和鐵素體的擴(kuò)散性共析轉(zhuǎn)變決定 [12]。不管是在平衡點(diǎn)附近快速冷卻獲得的馬氏體還是緩慢冷卻獲得的鐵素體都是從奧氏體轉(zhuǎn)化而來(lái)的，因此其組織性能和力學(xué)性能都與其熱處理工藝有關(guān)。 45 鋼性能的改變?nèi)Q于熱處理工藝的改變，因此對(duì)熱處理工藝具有主要的研究意義。目前，正火、淬火和回火是 45 鋼主要采取的熱處理工藝。 GB/T6991999 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定將 850℃ 正火、 840℃ 淬火、 600℃ 回火作為 45 鋼熱處太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 理的制度。隨著熱處理工藝參數(shù)的改變對(duì) 45 鋼熱處理后的組織和性能產(chǎn)生影響。在合適的溫度下，正火時(shí)可得到珠光體和鐵素體，而淬火和回火得到的是馬氏體的回火組織。隨著加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度等的改變，熱處理后得到的組織不同主要集中在組織粗細(xì)和類型兩大類。顯微組織較細(xì)，有較好的綜合性能。因此，顯微組織類型是決定其綜合力學(xué)性能的直接因素。例如，有較高的強(qiáng)度、硬度的為馬氏體，而塑性、韌性較好則為珠光體。 本章小結(jié)