45號(hào)鋼是含碳量為0.45%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，其特點(diǎn)是價(jià)格便宜，切削加工性能好，淬火后具有較高的硬度，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的強(qiáng)韌性和一定的耐磨性，被廣泛用于制造結(jié)構(gòu)零件及中低檔的塑料模具。
“45號(hào)鋼”是通俗的叫法，符號(hào)一般記作“45#”。實(shí)際上GB標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)為“45”，它不是順序號(hào)，讀作“45號(hào)鋼”不甚準(zhǔn)確。
>>成分規(guī)范
45鋼相近的牌號(hào)有S45C(JIS)和1045(AISI)。此外，我國冶金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中有SM45牌號(hào)專門表示塑料模具用途。SM45與45鋼相比，其磷硫含量更低，鋼材純凈度更好。
標(biāo)準(zhǔn) | GB/T 699 | 牌號(hào) | 45 |
C | 0.42~0.50 | Cr | ≤0.25 |
Si | 0.17~0.37 | Ni | ≤0.30 |
Mn | 0.50~0.80 | Cu | ≤0.25 |
按磷硫分級(jí)別 | P | S | |
優(yōu)質(zhì)鋼(45) | ≤0.035 | ≤0.035 | |
高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(45A) | ≤0.030 | ≤0.030 | |
特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(45E) | ≤0.025 | ≤0.020 | |
標(biāo)準(zhǔn) | YB/T 094 | AISI | JIS G4051 |
牌號(hào) | SM45 | 1045 | S45C |
C | 0.42~0.48 | 0.43~0.50 | 0.42~0.48 |
Si | 0.17~0.37 | — | 0.15~0.35 |
Mn | 0.50~0.80 | 0.60~0.90 | 0.60~0.90 |
P | ≤0.030 | ≤0.030 | ≤0.030 |
S | ≤0.030 | ≤0.050 | ≤0.035 |
>>機(jī)械性能（GB/T 699-1999）
試樣毛胚尺寸（mm） | 25 | |
推薦熱處理（℃） | 正火 | 850 |
淬火 | 840 | |
回火 | 600 | |
力學(xué)性能 | 抗拉強(qiáng)度MPa | ≥600 |
屈服強(qiáng)度MPa | ≥355 | |
伸長率% | ≥16 | |
斷面收縮率% | ≥40 | |
沖擊功J | ≥39 | |
交貨硬度HBS | 未熱處理鋼 | ≤229 |
退火鋼 | ≤197 | |
注：對(duì)大于80mm的鋼材，允許其斷后伸長率與斷面收縮率比上表分別降低2%及5%。
>>熱處理與硬度
推薦的淬火工藝規(guī)范：淬火溫度為820~860℃，水冷或油冷，硬度≥50HRC。
推薦的回火工藝規(guī)范：回火溫度為500~560℃，空冷，硬度為25~33HRC。
在此溫度范圍回火即是調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)使45鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性得到一個(gè)較好的平衡，綜合性能良好，可適應(yīng)交變負(fù)荷環(huán)境。
45鋼調(diào)質(zhì)后表面硬度較低，不耐磨。所以常用調(diào)質(zhì)+表面淬火提高零件表面硬度。
回火溫度與硬度的關(guān)系見下表：
回火 溫度 | 淬火 后 | 單位（℃） | |||||
200 | 300 | 400 | 500 | 550 | 600 | ||
硬度 HRC | 57 | 55 | 50 | 41 | 33 | 26 | 22 |
注：①淬火為840℃水淬。②45鋼淬火后沒有回火之前，硬度大于HRC55（最高可達(dá)HRC62）為合格。實(shí)際應(yīng)用的最高硬度為HRC55（高頻淬火HRC58）。
45鋼(840±10℃)金相圖
45鋼(840±10℃)金相圖
圖1(100×)
圖1(500×)
材料：45#鋼
工藝情況：加熱至(840±10℃)，保溫1h，快冷至600℃，再保溫1h，空冷
浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕
組織說明：珠光體和白色網(wǎng)狀鐵素體，晶粒度為8級(jí)。
45鋼的正火是將鋼加熱到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差別在于冷卻速度較快，目的是使鋼的組織正?；⑹怪楣怏w量增多和變細(xì)，減少鐵素體的數(shù)量。
45鋼如果用于普通結(jié)構(gòu)零件，正火可作為最終熱處理。經(jīng)過正火可以改善鑄造或鍛造后的組織，細(xì)化奧氏體晶粒，使組織均勻化，形成細(xì)而均勻的鐵素體與珠光體組織，晶粒度達(dá)到8級(jí)，從圖1中也可以看到珠光體的層片距達(dá)到甚為細(xì)微的程度，從而提高了鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性。
45鋼也是最為常用的調(diào)質(zhì)鋼，在淬火和高溫回火之前必須進(jìn)行正火處理，以獲得均勻而細(xì)密的組織，作為預(yù)先熱處理的一道重要工序。
45鋼(手工電弧焊)金相圖
圖1 200X
圖2 500X
圖3 200X 圖4 200X
圖5 200X 圖6 100X
材料：45鋼
工藝情況：
圖1–2：手工電弧焊
圖3–6：手工電弧焊，焊前未予熱，焊后未作消除應(yīng)力處理
浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕
組織說明：
圖1：上部為焊縫區(qū)，顯微組織為馬氏體、貝氏體、托氏體和少量柱狀鐵素體；下部為熱影響區(qū)的過熱形貌：馬氏體、貝氏體、托氏體和極少量鐵素體，黑色托氏體沿晶分布。
圖2：圖1過熱區(qū)更高倍率下形貌。焊縫區(qū)由液相向奧氏體(快冷、成柱狀)轉(zhuǎn)變，隨后冷卻時(shí)由柱狀?yuàn)W氏體晶界上析出鐵素體把柱狀結(jié)晶的輪廓勾劃出來，然后緊鄰著鐵素體產(chǎn)生非自發(fā)成核的貝氏體轉(zhuǎn)變和非自發(fā)成核以及自發(fā)成核的托氏體轉(zhuǎn)變。
由于冷卻速度很快，殘余部分含碳量比先轉(zhuǎn)變區(qū)域的可淬性提高而產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。
由于母材是45鋼，它比低碳鋼有較好的可淬性，在焊后的冷卻過程中，母材熱影響區(qū)過熱區(qū)出現(xiàn)大量的馬氏體。馬氏體相變的產(chǎn)生使焊縫和熱影響區(qū)都存在很大的組織應(yīng)力，很容易發(fā)生開裂。特別是在過熱區(qū)，晶粒粗大，馬氏體針很長，且沒有回火，應(yīng)力更大，此處是焊縫最薄弱的區(qū)域，產(chǎn)生裂縫的敏感性也最大。
圖3上半部為焊縫組織：珠光體和鐵素體，先共析鐵素體沿柱狀晶晶界析出。圖的下半部為母材熱影響區(qū)的半熔化區(qū)和過熱區(qū)的組織；白亮的淬火馬氏體、黑色針狀下貝氏體和托氏體。焊縫與母材結(jié)合情況良好。
焊縫金屬凝固時(shí)，首先是在與母材連接的熔池邊緣開始結(jié)晶，由于母材溫度低，導(dǎo)熱性好，溫度梯度大，而結(jié)晶速度很小，所以近母材熔池的結(jié)晶是在母材晶粒上直接結(jié)晶長大的。但這時(shí)母材邊緣受焊接熱循環(huán)的影響，已被迅速加熱到高溫，出現(xiàn)過熱狀態(tài)，使晶粒十分粗大，焊縫從這些粗大晶粒連續(xù)長大的焊縫新結(jié)晶也十分粗大。此外，焊接時(shí)焊縫的溫度很高，也是柱狀晶容易粗大的原因。母材半熔化區(qū)一般都很小，金相法較難清晰分辨，而過熱區(qū)較寬，晶粒十分粗大，冷卻相變后馬氏體針葉也十分粗大。
一般來說，焊條含碳量比母材低，出現(xiàn)鐵素體的比例高，鐵素體的膨脹系數(shù)小，結(jié)晶收縮的應(yīng)變應(yīng)力小，同時(shí)鐵素體塑性好，容易變形，可以減少應(yīng)力集中，從而可防止焊接裂縫的產(chǎn)生。低碳鋼的奧氏體空冷后，容易分解成珠光體和鐵素體，而母材45鋼，屬于中碳鋼，有一定淬透性，焊后空冷，重結(jié)晶區(qū)的奧氏體容易轉(zhuǎn)變成馬氏體。
圖4為熱影響區(qū)的正常重結(jié)晶區(qū)的組織，為白亮的淬火馬氏體、黑色的針狀下貝氏體、黑色的托氏體、黑色塊狀的細(xì)珠光體和少量沿晶分布白色的鐵素體的混合組織。正常重結(jié)晶區(qū)(或正常正火區(qū))的受熱溫度在AC3以上至晶粒的明顯長大的溫度區(qū)間，在此溫度區(qū)間奧氏體晶粒比較細(xì)小，其轉(zhuǎn)變后的馬氏體針葉長度比較短，距過熱區(qū)越近，奧氏體化溫度越高，化學(xué)成分越均勻，奧氏體越穩(wěn)定，空冷后越容易得到馬氏體組織。相反，離不完全正火區(qū)越近，溫度越低，化學(xué)成分越不均勻，奧氏體越不穩(wěn)定，越容易分解出非馬氏體組織，而形成上述的混合組織。
圖5：母材不完全重結(jié)晶區(qū)，其組織為黑色的細(xì)片狀珠光體和白色的鐵素體，部分鐵素體呈細(xì)小的針狀析出，而形成魏氏組織。
此區(qū)域焊接時(shí)母材受熱溫度處于AC1~AC3之間，由于受熱溫度比較低，沒有完全奧氏體化，有一部分鐵素體沒有轉(zhuǎn)變而保留原材料的帶狀組織狀態(tài)。已奧氏體化部分，由于溫度低，奧氏體晶粒十分細(xì)小，且不穩(wěn)定，容易分解成更加細(xì)小的珠光體和鐵素體，由于冷卻速度很快，部分鐵素體呈細(xì)的針狀析出，形成魏氏組織狀態(tài)。
圖6：母材原始組織，珠光體和鐵素體，呈軋制的帶狀分布狀態(tài)。圖中鐵素體中間的灰色長條狀?yuàn)A雜物為硫化物，軋制時(shí)塑性夾雜物沿軋制方向變形成長條狀，而夾雜物可以成為鐵素體析出長大的外來非自發(fā)成核核心，所以在軋制材料中經(jīng)常可以看到鐵素體中心有長條狀分布的硫化物。
45鋼屬中碳鋼，其可焊性比低碳鋼差很多，所以焊接時(shí)一般需要焊前預(yù)熱和焊后除應(yīng)力處理，本例由于沒有焊前預(yù)熱和焊后除應(yīng)力處理，在熱影響區(qū)中容易出現(xiàn)馬氏體組織，馬氏體硬度高、脆性大，容易引起應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)力集中，而不能產(chǎn)生變形以吸收應(yīng)變能量，從而誘發(fā)冷裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)也是使用中疲勞裂縫容易產(chǎn)生的地方。特別是過熱區(qū)的粗大馬氏體更是焊縫的薄弱區(qū)域。
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