在眾多牌號的結構鋼中，45鋼使用的廣泛，尤其是在五金行業(yè)中，45鋼制構件更多。該鋼是一種優(yōu)質碳索結構鋼，可進行各種熱處理，它不僅可做結構件，還可做工具。多年來，這一鋼種雖然已積累有豐富的生產(chǎn)與應用的經(jīng)驗，但在生產(chǎn)實際中，仍會出現(xiàn)許多使用不當之處，結果設有充分發(fā)揮該鋼所具有的性能潛力，造成大量浪費。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.軋尖機軋輥的淬裂分析
在金屬絲加工過程中，軋尖機是必不可少的輔助機械，而機上的軋輥是一關鍵部件。由于45鋼是常用的普通碳索鋼，熱處理工藝簡單，在熱處理過程中未能引起重視，結果在一次生產(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。
對開裂的軋輥進行現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，軋輥在淬火加熱前未經(jīng)過充分的預熱就直接放入840℃的箱式電阻爐中加熱40min，然后放入鹽水中冷卻。用鐵錘對軋輥開裂部位輕輕一敲，沿著螺紋齒邊就被敲掉一塊。
對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型掃描電鏡對斷口進行觀察發(fā)現(xiàn)：顯露出清晰的晶界二次裂紋，有被拉長的晶界或撕裂棱，還有被拉長的夾雜物夾層。
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為較細的淬火馬氏體，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)上述檢測及對檢測結果的分析，不難得出如下結論，造成軋輥淬火開裂的原因主要有：淬火加熱時有“過熱”現(xiàn)象產(chǎn)生；淬火劑選擇不當、冷卻速度不均勻；淬火時未考慮到零件的形狀，產(chǎn)生明顯的淬火應力集中區(qū)。
對熱處理車間實際生產(chǎn)情況進一步調查發(fā)現(xiàn)，淬火加熱爐的爐溫儀表長期不校檢，儀表所指的溫度與爐內實際溫度偏差較大，即儀表所示溫度為840℃，工件的實際溫度為880℃，已經(jīng)產(chǎn)生“過熱”現(xiàn)象，它使正常的細晶粒鋼粗化，它比細晶粒鋼對淬火開裂更加敏感。車間里所用的淬火水槽內的淬火劑長期不更換，里面所裝的鹽水成分已無法確定，由此造成各點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)，它應鋼件在冷卻時得到馬氏體。45鋼的淬透性差，淬火冷卻介質的使用顯得更加重要。淬火冷卻介質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，淬火冷卻介質的冷卻能力還要工件各點處的冷卻溫度相一致。因為工件在冷卻時，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)生熱應力。另外，奧氏體轉變產(chǎn)物的比容不同，也會造成組織應力，熱應力與組織應力的疊加就會在鋼中產(chǎn)生內應力。在機械加工過程中，軋輥表面螺紋槽根部會發(fā)生較大的機械應力，該部位在熱處理過程中成為內應力集中的地方。當內應力增大時，將使軋輥彎曲變形，而內應力大于斷裂極限時，就會沿螺紋槽根部開裂。
針對上述分析，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，目的是及時消除機械加工應力。
(2)對爐溫儀表進行了重新校對，使實際淬火加熱溫度控制在(840±5)℃范圍內，嚴防過熱現(xiàn)象的產(chǎn)生，因為過熱組織的產(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。因為水在Ms點附近溫度冷卻太快，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成分、工藝參數(shù)、組織結構以及服役條件。就45鋼的化學成分而言，雖然很簡單，但若忽視，必然會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，冶金質量較差，用這種材料制造一般的五金機械結構件可以，但用來制造類似軋輥這樣的工具，使用壽命不會長的。45鋼的化學成分有一個允許范圍，研究表明，45鋼的化學成分適當控制在中上限可獲得較高的機械性能，接近或達到50鋼或45Mn鋼的性能水平。
45鋼的主要化學成分是碳，而國產(chǎn)45鋼的同批材料含碳量變化幅度大，這樣會在相同的熱處理工藝條件下，含碳量高的工件會過熱、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單有效的方法。
對于尺寸較大的工件，需要將原材料鍛造改形時，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，保持適當時間后，在再結晶溫度以上進行形變并淬火的復臺處理工藝。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，形變淬火后其雜質元素比較均勻地分布在奧氏體中。故可認為，晶界的凈化是高溫形變熱能獲得強韌化重要原因之一。
對較長的圓柱形工件淬火時，一般采用感應加熱淬火法。該法時常也會出現(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，加熱時在桃尖方向上易產(chǎn)生應力集中；碳含量超過45鋼上限，感應加熱時，隨含碳量的增加淬裂傾向性增大；機械加工時產(chǎn)生的加工應力在淬火加熱前未被消除。改進措施：把含碳量控制在0.43%—0.48%內；毛坯件經(jīng)正火處理，晶粒度控制在6—8級；冷加工后，加一道550℃加熱2h去應力退火。(圖/文www.yj-jz.cn)