孫洪星

摘 要：依據(jù)齒輪使用條件和性能要求，進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，并通過(guò)退火、調(diào)質(zhì)、高溫回火等熱處理，分析組織和性能的變化。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)熱處理工藝的正確性。通過(guò)實(shí)踐，得出選擇45鋼作為齒輪材料最合適。

關(guān)鍵詞：齒輪；45鋼；熱處理；金屬材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）03-0031-01

熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過(guò)熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。熱處理不僅對(duì)鍛造機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面也起著重要作用。

1 45鋼熱處理組織分析

1.1 退火組織分析

如圖1所示，組織為先共析鐵素體和珠光體，60%左右的珠光體和40%左右的鐵素。圖1中黑色為珠光體，白色為鐵素體。珠光體是奧氏體（奧氏體是碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體）發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體，其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱(chēng)片狀珠光體，用符號(hào)P表示，含碳量為ωc=0.77%. 由于為連續(xù)冷卻，所以片狀珠光體的片間距大小不一。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)韌性較好。其抗拉強(qiáng)度為750～900 MPa，180～280 BS，伸長(zhǎng)率為20%～25%，沖擊功為24～32 J。學(xué)能介于鐵素體與滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，塑性和韌性較好，σb=770 MPa，180 HBS，δ=20%～35%，AKU=24～32 J。鐵素體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，鐵素體的強(qiáng)度、硬度不高，但具有良好的塑性和韌性。在外力作用下，將引起不均勻的塑性變形，并導(dǎo)致應(yīng)力集中，使鋼的強(qiáng)度和塑性都降低。

1.2 淬火組織分析

如圖2所示，組織為針狀淬火馬氏體和殘余奧氏體。馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中的固溶碳原子沒(méi)有時(shí)間擴(kuò)散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始產(chǎn)生，母相奧氏體組織開(kāi)始不穩(wěn)定。在Ms以下某溫度保持不變時(shí)，少部分的奧氏體組織迅速轉(zhuǎn)變，但不會(huì)繼續(xù)。只有當(dāng)溫度進(jìn)一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后，溫度到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強(qiáng)度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變可以通過(guò)熱量和壓力兩種方法進(jìn)行。鐵素體全部溶于奧氏體，當(dāng)返回臨界溫度時(shí)，鐵素體沿奧氏體晶界塊狀析出，或在奧氏體內(nèi)成堆析出。溫度高導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大，使得馬氏體組織粗大，降低了45鋼的強(qiáng)度和硬度。

1.3 高溫回火組織分析

如圖3所示，組織為均勻細(xì)小的保持馬氏體位向分布的回火索氏體。45鋼淬火后得到過(guò)飽和的固溶體即淬火馬氏體。它的強(qiáng)和硬度很高（硬度可達(dá)58～60 HRC），而其韌性和塑性則明顯下降。為了消除淬火時(shí)的內(nèi)應(yīng)力和組織應(yīng)力，淬火的工件

應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火處理，析出極細(xì)的滲碳體顆粒，從而使基體分解為索氏體組織，此時(shí)工件的強(qiáng)度和硬度有所下降，而塑性和韌性則顯著提高。回火索氏體中的碳化物分散度很大，呈球狀。

2 45鋼熱處理硬度分析

2.1 硬度變化分析

根據(jù)不同組織熱處理下鋼的硬度值（如表1）可知，完全退火后的硬度值為17.8 HRC：因?yàn)?5鋼完全退火后，獲得了片狀珠光體和鐵素體，細(xì)化了晶粒，消除了內(nèi)應(yīng)力，降低了硬度，所以硬度值最低。淬火后的硬度值為62.2 HRC：因?yàn)?5鋼淬火后，獲得針狀淬火馬氏體和殘余奧氏體組織，提高了鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，所以硬度值最高。淬火后的45鋼經(jīng)過(guò)高溫回火后的硬度值為34.7 HRC：因?yàn)?5鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，得到由鐵素體基體和彌散分布于其上的細(xì)粒狀滲碳體組成的回火索氏體組織，使鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性配合恰當(dāng)，具有良好的綜合力學(xué)性能，所以硬度值適中。

2.2 檢驗(yàn)熱處理工藝的合理性

45鋼試樣經(jīng)過(guò)熱處理后最終的硬度為34.7 HRC，由45鋼齒輪的技術(shù)要求，齒表硬度為30～35 HRC。在實(shí)驗(yàn)誤差允許的情況下，45鋼試樣實(shí)驗(yàn)獲得的硬度值符合要求，即所設(shè)計(jì)的熱處理工藝是合理的。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)一系列的研究，解決了機(jī)床齒輪的選材和熱處理工藝中的問(wèn)題。機(jī)床齒輪承擔(dān)著傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的任務(wù)，但機(jī)床齒輪工作負(fù)荷不太大，中速運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)。所以，選用45鋼制造。通過(guò)分析判斷，最終確定45鋼采用退火、調(diào)質(zhì)處理，45鋼經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理可以改善金相組織和材料的可切削性，降低加工后的表面粗糙度，還可以減少淬火過(guò)程中的變形。

〔編輯：李玨〕

摘 要：依據(jù)齒輪使用條件和性能要求，進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，并通過(guò)退火、調(diào)質(zhì)、高溫回火等熱處理，分析組織和性能的變化。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)熱處理工藝的正確性。通過(guò)實(shí)踐，得出選擇45鋼作為齒輪材料最合適。

關(guān)鍵詞：齒輪；45鋼；熱處理；金屬材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）03-0031-01

熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過(guò)熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。熱處理不僅對(duì)鍛造機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面也起著重要作用。

1 45鋼熱處理組織分析

1.1 退火組織分析

如圖1所示，組織為先共析鐵素體和珠光體，60%左右的珠光體和40%左右的鐵素。圖1中黑色為珠光體，白色為鐵素體。珠光體是奧氏體（奧氏體是碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體）發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體，其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱(chēng)片狀珠光體，用符號(hào)P表示，含碳量為ωc=0.77%. 由于為連續(xù)冷卻，所以片狀珠光體的片間距大小不一。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)韌性較好。其抗拉強(qiáng)度為750～900 MPa，180～280 BS，伸長(zhǎng)率為20%～25%，沖擊功為24～32 J。學(xué)能介于鐵素體與滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，塑性和韌性較好，σb=770 MPa，180 HBS，δ=20%～35%，AKU=24～32 J。鐵素體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，鐵素體的強(qiáng)度、硬度不高，但具有良好的塑性和韌性。在外力作用下，將引起不均勻的塑性變形，并導(dǎo)致應(yīng)力集中，使鋼的強(qiáng)度和塑性都降低。

1.2 淬火組織分析

如圖2所示，組織為針狀淬火馬氏體和殘余奧氏體。馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中的固溶碳原子沒(méi)有時(shí)間擴(kuò)散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始產(chǎn)生，母相奧氏體組織開(kāi)始不穩(wěn)定。在Ms以下某溫度保持不變時(shí)，少部分的奧氏體組織迅速轉(zhuǎn)變，但不會(huì)繼續(xù)。只有當(dāng)溫度進(jìn)一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后，溫度到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強(qiáng)度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變可以通過(guò)熱量和壓力兩種方法進(jìn)行。鐵素體全部溶于奧氏體，當(dāng)返回臨界溫度時(shí)，鐵素體沿奧氏體晶界塊狀析出，或在奧氏體內(nèi)成堆析出。溫度高導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大，使得馬氏體組織粗大，降低了45鋼的強(qiáng)度和硬度。

1.3 高溫回火組織分析

如圖3所示，組織為均勻細(xì)小的保持馬氏體位向分布的回火索氏體。45鋼淬火后得到過(guò)飽和的固溶體即淬火馬氏體。它的強(qiáng)和硬度很高（硬度可達(dá)58～60 HRC），而其韌性和塑性則明顯下降。為了消除淬火時(shí)的內(nèi)應(yīng)力和組織應(yīng)力，淬火的工件

應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火處理，析出極細(xì)的滲碳體顆粒，從而使基體分解為索氏體組織，此時(shí)工件的強(qiáng)度和硬度有所下降，而塑性和韌性則顯著提高?；鼗鹚魇象w中的碳化物分散度很大，呈球狀。

2 45鋼熱處理硬度分析

2.1 硬度變化分析

根據(jù)不同組織熱處理下鋼的硬度值（如表1）可知，完全退火后的硬度值為17.8 HRC：因?yàn)?5鋼完全退火后，獲得了片狀珠光體和鐵素體，細(xì)化了晶粒，消除了內(nèi)應(yīng)力，降低了硬度，所以硬度值最低。淬火后的硬度值為62.2 HRC：因?yàn)?5鋼淬火后，獲得針狀淬火馬氏體和殘余奧氏體組織，提高了鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，所以硬度值最高。淬火后的45鋼經(jīng)過(guò)高溫回火后的硬度值為34.7 HRC：因?yàn)?5鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，得到由鐵素體基體和彌散分布于其上的細(xì)粒狀滲碳體組成的回火索氏體組織，使鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性配合恰當(dāng)，具有良好的綜合力學(xué)性能，所以硬度值適中。

2.2 檢驗(yàn)熱處理工藝的合理性

45鋼試樣經(jīng)過(guò)熱處理后最終的硬度為34.7 HRC，由45鋼齒輪的技術(shù)要求，齒表硬度為30～35 HRC。在實(shí)驗(yàn)誤差允許的情況下，45鋼試樣實(shí)驗(yàn)獲得的硬度值符合要求，即所設(shè)計(jì)的熱處理工藝是合理的。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)一系列的研究，解決了機(jī)床齒輪的選材和熱處理工藝中的問(wèn)題。機(jī)床齒輪承擔(dān)著傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的任務(wù)，但機(jī)床齒輪工作負(fù)荷不太大，中速運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)。所以，選用45鋼制造。通過(guò)分析判斷，最終確定45鋼采用退火、調(diào)質(zhì)處理，45鋼經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理可以改善金相組織和材料的可切削性，降低加工后的表面粗糙度，還可以減少淬火過(guò)程中的變形。

〔編輯：李玨〕

摘 要：依據(jù)齒輪使用條件和性能要求，進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，并通過(guò)退火、調(diào)質(zhì)、高溫回火等熱處理，分析組織和性能的變化。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)熱處理工藝的正確性。通過(guò)實(shí)踐，得出選擇45鋼作為齒輪材料最合適。

關(guān)鍵詞：齒輪；45鋼；熱處理；金屬材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）03-0031-01

熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過(guò)熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。熱處理不僅對(duì)鍛造機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面也起著重要作用。

1 45鋼熱處理組織分析

1.1 退火組織分析

如圖1所示，組織為先共析鐵素體和珠光體，60%左右的珠光體和40%左右的鐵素。圖1中黑色為珠光體，白色為鐵素體。珠光體是奧氏體（奧氏體是碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體）發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體，其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱(chēng)片狀珠光體，用符號(hào)P表示，含碳量為ωc=0.77%. 由于為連續(xù)冷卻，所以片狀珠光體的片間距大小不一。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)韌性較好。其抗拉強(qiáng)度為750～900 MPa，180～280 BS，伸長(zhǎng)率為20%～25%，沖擊功為24～32 J。學(xué)能介于鐵素體與滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，塑性和韌性較好，σb=770 MPa，180 HBS，δ=20%～35%，AKU=24～32 J。鐵素體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，鐵素體的強(qiáng)度、硬度不高，但具有良好的塑性和韌性。在外力作用下，將引起不均勻的塑性變形，并導(dǎo)致應(yīng)力集中，使鋼的強(qiáng)度和塑性都降低。

1.2 淬火組織分析

如圖2所示，組織為針狀淬火馬氏體和殘余奧氏體。馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中的固溶碳原子沒(méi)有時(shí)間擴(kuò)散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始產(chǎn)生，母相奧氏體組織開(kāi)始不穩(wěn)定。在Ms以下某溫度保持不變時(shí)，少部分的奧氏體組織迅速轉(zhuǎn)變，但不會(huì)繼續(xù)。只有當(dāng)溫度進(jìn)一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后，溫度到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強(qiáng)度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變可以通過(guò)熱量和壓力兩種方法進(jìn)行。鐵素體全部溶于奧氏體，當(dāng)返回臨界溫度時(shí)，鐵素體沿奧氏體晶界塊狀析出，或在奧氏體內(nèi)成堆析出。溫度高導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大，使得馬氏體組織粗大，降低了45鋼的強(qiáng)度和硬度。

1.3 高溫回火組織分析

如圖3所示，組織為均勻細(xì)小的保持馬氏體位向分布的回火索氏體。45鋼淬火后得到過(guò)飽和的固溶體即淬火馬氏體。它的強(qiáng)和硬度很高（硬度可達(dá)58～60 HRC），而其韌性和塑性則明顯下降。為了消除淬火時(shí)的內(nèi)應(yīng)力和組織應(yīng)力，淬火的工件

應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火處理，析出極細(xì)的滲碳體顆粒，從而使基體分解為索氏體組織，此時(shí)工件的強(qiáng)度和硬度有所下降，而塑性和韌性則顯著提高?；鼗鹚魇象w中的碳化物分散度很大，呈球狀。

2 45鋼熱處理硬度分析

2.1 硬度變化分析

根據(jù)不同組織熱處理下鋼的硬度值（如表1）可知，完全退火后的硬度值為17.8 HRC：因?yàn)?5鋼完全退火后，獲得了片狀珠光體和鐵素體，細(xì)化了晶粒，消除了內(nèi)應(yīng)力，降低了硬度，所以硬度值最低。淬火后的硬度值為62.2 HRC：因?yàn)?5鋼淬火后，獲得針狀淬火馬氏體和殘余奧氏體組織，提高了鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，所以硬度值最高。淬火后的45鋼經(jīng)過(guò)高溫回火后的硬度值為34.7 HRC：因?yàn)?5鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，得到由鐵素體基體和彌散分布于其上的細(xì)粒狀滲碳體組成的回火索氏體組織，使鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性配合恰當(dāng)，具有良好的綜合力學(xué)性能，所以硬度值適中。

2.2 檢驗(yàn)熱處理工藝的合理性

45鋼試樣經(jīng)過(guò)熱處理后最終的硬度為34.7 HRC，由45鋼齒輪的技術(shù)要求，齒表硬度為30～35 HRC。在實(shí)驗(yàn)誤差允許的情況下，45鋼試樣實(shí)驗(yàn)獲得的硬度值符合要求，即所設(shè)計(jì)的熱處理工藝是合理的。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)一系列的研究，解決了機(jī)床齒輪的選材和熱處理工藝中的問(wèn)題。機(jī)床齒輪承擔(dān)著傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的任務(wù)，但機(jī)床齒輪工作負(fù)荷不太大，中速運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)。所以，選用45鋼制造。通過(guò)分析判斷，最終確定45鋼采用退火、調(diào)質(zhì)處理，45鋼經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理可以改善金相組織和材料的可切削性，降低加工后的表面粗糙度，還可以減少淬火過(guò)程中的變形。

〔編輯：李玨〕