材料成型及控制工程毕业论文-45钢热处理工艺及组织性能研究.doc

1、本科毕业论文（20 届）45 钢热处理工艺及组织性能研究所在学院专业班级 材料成型及控制工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 45 钢热处理工艺及组织性能研究 1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解 45钢的概况；熟悉 45 钢的热处理工艺方法；认识 45 钢热处理前后金相组织；找出热处理对 45 钢组织和力学性能的影响规律，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。2主要任务（1

2、）制定 45 钢热处理工艺，进行热处理实验。（2）制备金相试样，观察分析 45 钢热处理前后的显微组织。（3）测定 45 钢热处理前后力学性能，包括拉伸性能、硬度、冲击韧性等。（4）分析热处理工艺、组织结构与力学性能之间的关系。（5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。3主要参考资料1 赵琳.45 钢热处理工艺及其组织性能J. 机械工程与自动化，2012， （05）：203-204.2 李文学，李国成，李忠民，等.45 钢热处理工艺和化学成分与性能之间关系分析J. 物理测试，1996， （05）：12-14.3 崔忠

3、圻，覃耀春.金属学与热处理M. 北京，机械工业出版社， 2007：230-3084进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，了解研究目的意义，制定实验方案3 月 3 日3 月 23 日2 完成热处理实验 3 月 24 日4 月 13 日3 完成试样制备及显微组织观察 4 月 14 日5 月 4 日4 完成力学性能测定及实验结果分析 5 月 5 日6 月 1 日5 完成撰写及答辩工作 6 月 2 日6 月 22 日审核人： 2014 年 12 月 15 日 I 45 钢热处理工艺及组织性能研究摘 要： 本次实验通过不同的热处理工艺研究了 45 钢的组织性能。本次实验的热处理工艺从两方面

4、进行对比分析：一方面，在相同加热温度并且在不同冷却条件下对 45 钢调质处理组织性能的影响。另一方面，在相同加热温度并且在不同保温时间对 45 钢调质处理组织性能的影响。即在普通调质工艺的基础上，采用零保温淬火的新工艺。另外，为了了解其他热处理工艺对 45 钢性能的影响，本实验除了调质处理外，还增加了相同加热温度下的正火，以探究在正火条件下对 45 钢性能的提升程度。不做处理的设为对照组。结果表明：在加热温度一定的情况下，正火在不做处理的基础上组织更加均匀，综合力学性能有较大的提升。在调质处理中，水淬调质和油淬调质对 45钢的不同力学性能都有较好的提升，但是水淬调质处理对于材料的综合力学性能较

5、优。在调质处理不同保温时间下，零保温新工艺较普通调质工艺对材料的性能影响相当，但是新工艺更经济、更节约、更有效率。关键词：45 钢，热处理，组织性能 II 45 steel heat treatment process and organizationalPerformance researchAbstract： This experiment studied the microstructures and properties of 45 steel through different heat treatment process. The experiment was analyzed f

6、rom two aspects: On the one hand, in the same heating temperature and under different cooling conditions quenching and tempering of 45 steel affect the performance of organization. On the other hand, in the same heating temperature and under different heat preservation time quenching and tempering o

7、f 45 steel affect the performance of organization. Mean: on the basis of ordinary quenching and tempering treatment, experiments use zero heat preservation for quenching technology called new technique. In addition, in order to learn other heat treatment process about effect on the properties of 45

8、steel, this experiment, in addition to quenching and tempering, also increased normalizing in the same heating temperature so as to explore the properties of 45 steel degree of ascension under the normalized conditions. Doesnt do heat treatment experiences sample set as a control group.Results show

9、that under the condition of the same heating temperature normalizing make the comprehensive performance of 45 steel have a larger ascension and make the organization of 45 steel more well-distributed. In the quenching and tempering treatment, water quenching and tempering and oil quenching and tempe

10、ring make different mechanical properties of 45 steel have a better improvement, but the water quenching and tempering treatment for material has a better comprehensive mechanical properties. In the quenching and tempering treatment under different heat preservation time, new technique of zero heat

11、preservation does not have more advantage than ordinary quenching and tempering. But, the new technique is more economic, more economical, and more efficient.Keywords：45 steel, heat treatment, microstructures and propertiesIII 目 录1 绪 论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 45钢研究的目的及意义. . . . . .

12、 . . . . . . . . .21.2 45钢国内外研究进展说明. . . . . . . . . . . . . .21.3 本次论文研究内容. . . . . . . . . . . . . . . .31.4 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 实验过程. . . . . . . . . . . . . . . 52.1 本次实验研究方案的制定. . . . . . . . . . . . . .52.1.1 实验设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 本次实验涉及的热处理工艺

13、. . . . . . . . . . . . . .62.2.1 45钢的退火. . . . . . . . . . . . . . . .62.2.2 45钢的正火. . . . . . . . . . . . . . . .62.2.3 45钢的调质. . . . . . . . . . . . . . . .72.3 金相试样的制备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72.3.1 实验设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.2 实验材料. . . . . . . . . . . . . . . .

14、. .82.3.3 实验步骤. . . . . . . . . . . . . . . . . .82.4 本章小结. . . . . . . . . . .83 实验结果与分析. . . . . . . . . . 103.1 45钢热处理前后试样的组织观察和分析.103.1.1 实验设备. . . . . . . . . . .103.1.2 实验材料. . . . . . . . . . .103.1.3 实验结果. . . . . . . . . . .113.2 45钢热处理前后试样的硬度测定和分析. . . . . . .153.2.1 实验设备. . . . . . . . .

15、. . . . . . 153.2.2 实验材料. . . . . . . . . . . . . . . 163.2.3 实验数据. . . . . . . . . . . . . . . 163.3 45钢热处理前后试样的拉伸性能测定和分析. . . . . . .163.3.1 实验设备. . . . . . . . . . . . . . . 173.3.2 实验材料. . . . . . . . . . . . . . . 17IV 3.3.3 实验数据. . . . . . . . . . . . . . . 183.4 45钢热处理前后的冲击功测定和分析. . . . . . .

16、 . .283.4.1 实验设备. . . . . . . . . . . . . 283.4.2 实验材料. . . . . . . . . . . . . 283.4.3 实验步骤. . . . . . . . . . . . . 293.4.4 实验数据. . . . . . . . . . . . . 293.5 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . .304 结论. . . . . . . . . . . . . .31参考文献. . . . . . . . . . .32致 谢. . . . . . . . . . .3411 绪论材料是社会发展的物质

17、基础和社会进步的标志。材料大致可以分为五大类：金属材料、高分子有机材料、无机非金属材料、复合材料和新材料。材料的使用在社会生产生活中占有很大的比重，这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。现今材料的品种、性能和经济性以成为衡量一种材料能否广泛使用的标准。而 45 钢就是最为使用广泛的材料之一。钢材一直从铁器时代沿用至今，其在工业发展中有巨大的重要性。钢材是合金机构材料中最为主要的，45 钢是最常使用的钢材之一，由于其综合性能较好，广泛用于机械、医疗和日常生活等各个领域。尤其是在机械制造方面，广泛用于各种重要的结构零件，比如那些在交变负荷下使用的连杆、螺栓、汽车拖拉机半轴和柴

18、油机零件等。因此，研究钢的热处理对改进钢的性能有积极的影响和重要的意义，钢材热处理方面的探索和研究必将推动工业的发展以及社会的进步。在 21 世纪经济全球化的今天，钢材热处理工艺必然产生新的工业革新和工业化大潮。在实际生产过程中，人们需要各种不同性能的钢材，仅凭原始材料的性能已经满足不了实际生活中的要求。比如，为了便利切削加工就需降低或提高硬度要求，以便节约或保护刀具和提高劳动效率；为了延长使用寿命和为使零件能够在腐蚀环境中工作，就要求材料具有较高的硬度和耐腐蚀性等。为满足这些条件，除了选用合适的材料之外，还必须进行的能提升性能的热处理，才能使用材料满足需求。总而言之，热处理在机械制造加工业中

19、占有十分重要的地位 1。纵观钢铁的历史发展长河，钢铁性能的提升与热处理有着紧密的联系。45钢是使用较为广泛的钢材之一，通过热处理工艺提升其性能因此具有重要的实践意义。45 钢是优质碳素结构钢，用作连杆、螺栓螺钉、汽车拖拉机半轴和柴油机零件等 2，其化学成分如表 1.1。表 1.1 45 钢化学成分 2元素 C Mn S P Si含量 0.40.5 0.50.8 0.45 0.45 0.170.372各国类似钢种牌号如表 1.2。表 1.2 不同国家 45 钢号对照表 2国别中国GB日本JIS联邦德国DIN(W-Nr)美国ASTM AISI SAE英国BS法国NF苏联TOCY国际ISO45 S4

20、5c c45(1.0503) 1045 1045 1045 060A47 XC45 45 R683/ IC45e- - ck45(1.1191) 1046 1046 1046 080A47 - - -钢号- - cm45(1.1201) - - - 080M46 - - -1.1 45 钢研究的目的及意义找到提高其综合力学性能的方法，进而为与其相关的各个行业的发展做铺垫。而 45 钢的性能与其显微组织直接相关，所以对其显微组织的研究将是本课题的重中之重。热处理工艺除了一方面能提高零件的使用性能外，而且还可以改善工件的综合力学性能，延长零件的使用寿命以及提高加工质量等。为了掌握什么样的热处理工艺

21、条件下对 45 钢综合性能提升影响最大，必须通过相互对比、分析得出。因此在不同的热处理条件下，热处理后试样的各方面性能对比分析也是本次实验研究的重点方面。本课题主要是研究普通热处理工艺对 45 钢组织性能的影响，常用的热处理工艺主要有正火、淬火、回火等。加热温度、保温时间、冷却速度等是影响其热处理工艺的主要因素。所以，本课题主要通过普通热处理方案进行试验设计得到相关数据并进行分析，以获得有用的结论。1.2 45钢国内外研究进展说明1999 年，尤显卿教授综合论述了如何正确制定 45 钢热处理工艺，防止淬火开裂 3。2004 年在退火工艺方面，刘爱国、李杰工程师通过对优质碳素钢 45 钢球化退火

22、工艺的分析和研究，找出影响 45 钢球化的主要因素，改进了退火工艺，提高了 45 钢球化合格率，满足了用户需求 4。32007 年在机械制造行业，樊晓燕谈及了钢的热处理，论述了当今热处理对机械零件和工模具制造行业的重要性以及目前的热处理工艺 5。同年边晋荣工程师就 45 钢热处理淬火裂纹控制 6进行了研究实验，对淬火裂纹产生的原因以及处理方案等进行分析和改进，认为在生产过程中要灵活运用，具体问题具体分析。2007 年上海交通大学的徐祖耀院士就近年来发展的钢的热处理新工艺-淬火和分配（Q-P）处理为基础，提出淬火-分配-回火（Q-P-T）工艺 7。2012 年，赵琳工程师通过实验分析 45 钢短

23、轴得出通过正火、淬火、中温回火等热处理工艺，改变了 45 钢的内部组织，从而改变其性能，使材料具有了优良的综合机械性能和良好的切削加工性能 8，不仅改变了表面耐磨性，而且工件中心部分也得到了较高的韧性，满足使用要求。2013 年，在工艺性能研究方面，刘孜文在对 45 钢的热处理研究中通过对组织与性能研究认为热处理方式不同对应组织也不相同，性能也随之变化 9。2014 年，在淬火工艺过程中，裴广州副工程师研究了 45 钢的热处理工艺，通过亚淬火降低钢的脆性转变温度，可以相应地抑制钢的可逆回火脆性 10。另外与普通 45 钢淬火相比，亚淬火更能较好的提高钢的力学性能。2006 年，Izabel F

24、ernanda Machado 在对钢材的热处理方面有一些新的技术进步，研究电源电压对材料热处理的影响 11。1.3 本次论文研究内容45钢为优质碳素结构用钢，硬度不高且易切削加工。45钢在淬火后没有回火前，硬度大于 HRC55（最高可达 HRC62）为合格。 GB/T699-1999标准规定了45钢的一些性能，其中抗拉强度为600Mpa，屈服强度为355MPa ，伸长率为16%，断面收缩率为40% ，冲击功为39J 等。45 钢由于冷却速度改变而形成的不同组织结构进而影响其机械性能。意思就是说，在铁碳合金相图中最高硬度的获得是由一种叫做马氏体转变的非扩散性转变决定；最低硬度是由一种叫做珠光体和铁素体的扩散性共析转变决定 12。不管是在平衡点附近快速冷却获得的马氏体还是缓慢冷却获得的铁素体都是从奥氏体转化而来的，因此其组织性能和力学性能都与其热处理工艺有关。45 钢性能的改变取决于热处理工艺的改变，因此对热处理工艺具有主要的研究意义。目前，正火、淬火和回火是 45 钢主要采取的热处理工艺。