一种45号钢低温正火热处理方法与流程

本发明涉及热处理技术领域，具体涉及一种45号钢低温正火热处理方法。

背景技术

热处理工艺在机械工业是一项重要的基础技术，通常像轴、齿轮、连杆等重要的连接零件和重要的模具都是要经过热处理的，而且，只要材料选择和热处理得当就会使零件的寿命成倍、甚至几十倍的增加，如果每次材料选择和热处理都得当，就可以达到事半功倍的效果。热处理对于发挥金属材料潜在性能，提高金属品质，节约材料，减少能耗，提高产品寿命，促进经济发展都具有十分重要的意义。

就目前来看，我国机械制造行业在实施金属热处理技术时，还存在一些不完善的地方，这对金属材料热处理效果和材料自身性能等方面都有难以磨灭的影响。主要有以下几个不足：1、能源消耗大，能源利用率低；2、热处理生产工艺和设备落后；3、产品质量差、生产效率低，污染严重等问题。

未来的发展趋势看,热处理的发展前景主要有以下几个大方面：

金属材料热处理新工艺；

金属材料热处理新设备；

热处理的新型辅助材料。

45号钢是一种优质碳素结构钢，碳含量0.42-0.50％。该钢经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件，则以正火处理为宜。正火作为一种工艺成熟、应用普遍的热处理方法。即是将钢材或钢件加热到临界点ac3或acm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

45号钢正火保温温度一般在850-870℃附近，保温时间时间较长，一般依工件尺寸大小而定，如棒料工件正火保温时间为d×1.5min(d为直径)。正火保温过程中，45钢原铁素体+珠光体组织发生奥氏体转变重结晶行为，保温结束后工件组织完全转变为奥氏体组织。随后空冷过程奥氏体发生珠光体转变，最终得到铁素体+珠光体组织的正火组织。

可以看出，奥氏体化阶段的正火保温温度及时间的控制难度较大：正火温度过高、易导致试样过烧，发生奥氏体晶粒粗大现象；正火温度过低、易导致奥氏体化不完全，原铁素体、渗碳体等组织晶粒粗大现象。保温所需时间一般较长，以保证工件组织能完全奥氏体化。

综上所述，目前45钢正火热处理工艺存在热处理工艺温度范围窄，正火时间长，效率低，以及尚需进一步提高45号钢正火组织性能等问题。目前，针对正火过程利用超声处理改善正火工艺并从而改善45号钢的组织力学性能并没有任何研究结论。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种45号钢低温正火热处理方法。以解决目前45号钢正火热处理工艺存在热处理工艺温度范围窄、正火时间长效率低、以及尚需进一步提高45号钢正火组织性能等问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的一种45号钢低温正火热处理方法，包括如下步骤：

(1)盐浴炉中，将盐浴温度升至800-850℃并保温；

(2)将45号钢工件放入盐浴液中保温，使工件温度升至盐浴温度；

(3)工件温度升至盐浴温度后，利用超声设备将超声场导入盐浴液中，超声频率范围为15-50khz；超声强度为1-20w/cm²，保温超声处理时间为d×(1-1.5)min，其中d为工件最大厚度；

(4)关闭超声设备，取出超声工具头，将工件快速取出盐浴炉并空冷。

优选的，所述步骤(1)中盐浴液介质为中性盐。

优选的，所述步骤(3)中超声场导入盐浴液中的方式为直接输入、间接输入和连接工件输入三种中的任意一种。

优选的，所述直接输入的方法为将超声工具头插入工件上方盐液表面下1-2cm处，开启超声。

优选的，所述间接输入的方法为将超声工具头与盐浴容器相接，开启超声，将超声振动间接输入盐浴液。

优选的，所述连接工件输入的方法为将超声工具头与工件表面紧密固定相接，开启超声，将超声振动直接传入工件基体。

优选的，所述盐浴炉可由电阻炉代替。

优选的，所述中性盐为(体积分数)50％kcl+50％nacl，使用温度在720-950℃之间。

功率超声通常指能量高于1w/cm2，频率低于100khz的超声波，该类超声波主要用于超声加工领域。功率超声的力-声联合效应是指同时将功率超声的超声频微幅机械振动和一系列特殊的声学效应应用在相关工艺过程中，依靠其共同作用达到最终的目的需求。

申请人研究发现，在正火保温过程中45号钢基体中导入一定振动频率和功率的超声场，可有效降低45号钢奥氏体化温度(ac3或acm)，使正火保温温度下降。在更低的低温正火温度下的奥氏体转变过程，有利于新生晶粒保持细小，不易长大。且在高频振动条件下，一方面促进扩散，有利于形核，增加新晶粒数量，另一方面促使45钢组织中的原子扩散运动速度加快，晶界移动加强，使得奥氏体化进程所需保温时间大幅减少，提高了正火效率。

本发明的有益效果：本发明通过在45号钢正火保温过程中导入一定振动频率和功率的超声场，可降低正火保温温度，大幅减少奥氏体化进程所需保温时间，提高正火效率，改善正火热处理组织，提升45钢综合性能，具体如下：

1、在正火保温及空冷过程中45号钢基体中导入一定振动频率和功率的超声场，可有效降低45号钢奥氏体化温度(ac3或acm)，使正火保温温度下降。

2、在更低的低温正火温度下的奥氏体转变过程，有利于新生晶粒保持细小，不易长大。

3、正火保温过程中导入高频振动，一方面可促进原子扩散，有利于晶核形核，增加新晶粒数量，另一方面促使45钢组织中的原子扩散运动速度加快，晶界移动加强，使得奥氏体化进程所需保温时间大幅减少，提高了正火效率。

附图说明

图1为本发明对比例1中45钢试样常规正火处理金相显微组织(200倍)。

图2为本发明实施例1中45钢试样超声正火处理金相显微组织(200倍)。

图3为本发明实施例2中45钢试样超声正火处理金相显微组织(200倍)。

图4为本发明实施例3中45钢试样超声正火处理金相显微组织(200倍)。

图5为本发明实施例1、实施例2、实施例3与对比例1所得正火组织微米力学性能曲线图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将集合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种45号钢低温正火热处理方法，其包括如下步骤：

(1)将盐浴炉中盐浴温度升至800℃并保温。盐浴介质为中性盐浴，成分50％kcl+50％nacl，使用温度在720-950℃之间。

(2)将45钢工件放入盐浴盐液中保温，工件最大厚度12mm。

(3)工件温度升至盐浴温度后，随即将将超声工具头与工件表面紧密固定相接，开启超声，将超声振动直接传入工件基体中，超声频率范围为40khz；超声强度为15w/cm²，保温超声处理时间为12min；

(4)关闭超声，取出超声工具头。将工件取出盐浴炉并空冷。

实施例2

一种45号钢低温正火热处理方法，其包括如下步骤：

(1)将盐浴炉中盐浴温度升至830℃并保温。盐浴介质为中性盐浴，成分50％kcl+50％nacl，使用温度在720-950℃之间。

(2)将45钢工件放入盐浴盐液中保温，工件最大厚度12mm。

(3)工件温度升至盐浴温度后，随即将超声工具头插入工件上方盐液表面下1-2cm处，开启超声，将超声振动间接输入盐液。超声频率范围为30khz；超声强度为10w/cm²，保温超声处理时间为15min；

(4)关闭超声，取出超声工具头。将工件取出盐浴炉并空冷。

实施例3

一种45号钢低温正火热处理方法，其包括如下步骤：

(1)将盐浴炉中盐浴温度升至850℃并保温。盐浴介质为中性盐浴，成分50％kcl+50％nacl，使用温度在720-950℃之间。

(2)将45钢工件放入盐浴盐液中保温，工件最大厚度12mm。

(3)工件温度升至盐浴温度后，随即将超声工具头与盐浴容器相接，开启超声，将超声振动间接输入盐液。超声频率范围为20khz；超声强度为5w/cm²，保温超声处理时间为18min；

(4)关闭超声，取出超声工具头。将工件取出盐浴炉并空冷。

对比例1

45号钢常规正火热处理方法，其包括如下步骤：

(1)将盐浴炉中盐浴温度升至860℃之间温度范围并保温。盐浴介质为中性盐浴，成分50％kcl+50％nacl，使用温度在720-950℃之间。

(2)将45钢工件放入盐浴盐液中保温，工件最大厚度12mm。

(3)工件温度升至盐浴温度后，进行保温处理18min；

(4)将工件取出盐浴炉并空冷。

基于上述，对实施例1、实施例2、实施例3与对比例1进行正火处理后的试样进行金相观察及性能对比分析。图中可以看出：

1)从实施例1的图2、实施例2的图3、实施例3的图4与对比例1的图1对比可以看出，实施例1、实施例2、实施例3正火组织较对比例1明显改善，铁素体、珠光体尺寸更小，组织分布更为均匀。

2)从实施例1的图2、实施例2的图3、实施例3的图4与对比例1的图1对比可以看出，在正火保温过程导入超声振动，在保证及提高正火效果的前提下，正火保温过程中超声场的的输入可大幅的减少正火所需时间，降低正火温度。

3)实施例1为高频、大功率超声短时输入，实施例3为低频、小功率超声长时输入、实施例2超声介于实施例1实施例3之间。对比实施例1/2/3的图2/3/4可以看出，实施例2效果最佳。

4)图5为为本发明实施例1、实施例2、实施例3与对比例1所得正火组织微米力学性能曲线图，图中曲线1为图4实施例3正火试样，曲线2为图2实施例1正火试样，曲线3为图3实施例2正火试样，曲线5为图1对比例1正火试样。图中反映的微米力学实验数据如表1所示可以看出，与对比例相比，实施例强度硬度均明显上升，塑性韧性小幅下降。

表1微米力学实验数据

综上所述，本发明通过在45号钢正火保温过程中导入一定振动频率和功率的超声场，可降低正火保温温度，大幅减少奥氏体化进程所需保温时间，提高正火效率，改善正火热处理组织，提升45钢综合性能。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。