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同種材料可以具有不同的力學性能（強度、硬度、塑性及韌性），不同材料也可以具有相近的力學性能，這些都和鋼的熱處理有著密切關系。
鋼件通過熱處理獲得一定的組織，以達到要求的使用性能。熱處理是手段，獲得使用性能是目的，而組織是性能的基礎和保證。
現以45鋼為例，本期和大家分享45鋼退火、正火與組織、性能之間的關系。
材料名稱：45鋼
處理狀態：原材料（供應狀態，熱軋）
侵蝕劑：4%硝酸酒精溶液
組織說明：φ13.2mm棒材橫截面顯微組織如圖1所示。圖中的白色鐵素體呈塊狀、網狀和針狀，珠光體呈細片層狀，硬度在18HRC左右，和正火后的硬度值相當。
圖1 45鋼棒材橫截面組織 400X
供應狀態的原材料是熱軋成形后在空氣中冷卻的，相當于正火，所以比退火的硬度高。但由于溫度較高，個別鐵素體呈針狀沿晶界析出并向晶內延伸，形成魏氏組織。
魏氏組織的出現使鋼的沖擊韌性顯著降低并變脆，粗晶粒的鋼特別容易形成魏氏組織。要消除魏氏組織和粗大晶粒，必須在淬火前進行正火處理，以細化晶粒、改善組織。
處理狀態：原材料（供應狀態，切割）
圖2 45鋼原材料切割熱影響區組織全貌 100X
組織說明：φ13.2的圓棒料在一般切割機上切割試樣后，由于未及時通水冷卻，形成的熱影響區橫截面的顯微組織如圖2所示。圖中左半部分為原始組織，右半部分為熱影響區組織。熱影響區的硬度變化范圍比較大，在25-40HRC之間。
圖3 45鋼原材料切割熱影響區組織 400X
圖3所示為各區域的放大組織。
其中圖3a為圖2（1）區的組織，圖中左半部分是原材料組織，為白色網狀鐵素體和細片狀珠光體，右半部分是切割熱影響區組織，為白色多角狀鐵素體、片狀珠光體和灰白色馬氏體及殘留奧氏體。
圖3b所示為圖2（2）區的組織，為晶界處白色未溶鐵素體、灰白色馬氏體和殘留奧氏體，以及細片狀珠光體。晶粒內深色細片狀珠光體是在切割冷卻過程中新形成的過渡區顯微組織。
圖3c所示為圖2（3）區的組織，和欠熱淬火組織相似，晶界處為白色多角狀未溶鐵素體，還有灰白色馬氏體及殘留奧氏體，鐵素體邊界比較清晰。
圖4 切割后試樣表面的顏色
切割試樣時，由于切割速度不同，進給量不同，加上未及時冷卻，在試樣表面留下了不同大小區域的寶石藍色氧化層，如圖4所示。
從圖中可以看出，熱影響區都存在于切割后期，材料越硬，切割越困難，熱影響區也越大。圖4中上面三個試樣是高碳高合金鋼，下面五個是45鋼。在熱處理前，試樣表面打磨得不夠徹底，在觀察原材料顯微組織時，發現了不同的顯微組織。
切割試樣時，如果不及時冷卻，當切割速度由慢逐漸加快時，試樣和砂輪間的摩擦使試樣溫度很快升到Ac1-Ac3之間，再通水冷卻，就形成了類似欠熱淬火的組織。由于試樣表面不同區域的溫度高低不同，所以不同區域的顯微組織也有所不同。
處理狀態：830℃保溫15min后隨爐冷卻（退火）
組織說明：如圖5所示，45鋼退火的正常組織；由白色不規則多邊形鐵素體和深色片層狀珠光體組成。珠光體片層清晰可見，硬度在8-11HRC之間。
圖5 45鋼退火組織 400X
45鋼退火是將鋼加熱到Ac3以上30-50℃，保溫后隨爐冷卻。由于冷卻速度相對較慢，得到接近于平衡狀態的顯微組織，珠光體約占整個視場面積的55%。
處理狀態：830℃保溫15min后空冷（正火）
組織說明：如圖6所示，45鋼正火的正常組織；由白色塊狀和網狀鐵素體及深色細片狀珠光體組成。珠光體約占視場面積的70%，硬度在15-20HRC之間。
圖6 45鋼正火組織 400X
45鋼正火是將鋼加熱到Ac3以上30-50℃，保溫后在空氣中自然冷卻，它與完全退火的主要區別在于冷卻速度較快，過冷度大，所以珠光體片層明顯比退火的細，珠光體量明顯增多，晶粒相對較細小，因此正火的硬度比退火的高。
45鋼經過正火可以改善鑄造或鍛造后的組織，細化奧氏體晶粒，形成細而均勻的鐵素體和珠光體，從而提高鋼的強度、硬度和韌性。
45鋼具有較高強度和良好塑性的配合，可用于制造各種重要零件，如壓縮機、各種化工用泵和運動部件（曲軸、連桿、活塞桿），也可制造汽輪機的葉輪等。通常大尺寸的零件在正火狀態使用，小尺寸的零件可調質成回火索氏體使用。
45鋼也是最常用的調質鋼，在淬火和高溫回火之前必須進行正火處理，以獲得均勻而細密的組織，為淬火做好組織準備。
本期文章和大家分享了45鋼不同狀態的金相組織特征。從其中我們也可以感受到熱處理的神秘和魅力，通過不同的處理方法，能巧妙地改變材料的組織和性能。
45鋼作為常見的調質鋼，本文內容從不同狀態對該材料進行剖析，也是提供一種思路方法，相信大家也有一定的收獲。在日常工作中，我們在針對其他材料的樣件開發時，若能達到舉一反三的效果就更理想了。
好的，本期文章到此就結束了，欲知后續精彩內容，且看下期分解。
文章來源：http://bk.www.laugustcd.cn/post/791.html
