45钢轴件的性能分析

作者：刘丽霞¹李友荣²
                        （1.苏州市产品质量监督检验所；2.南京理工大学材料科学与工程系）

　　摘　要：采用化学成分分析、硬度测试和金相检验等方法对45钢调质轴件的性能进行了分析。结果表明：由于锻造温度偏高，又未进行正火处理，造成了显微组织的异常，使得轴件的性能远不及正常的调质件，不能满足实际使用要求。
　　关键词：调质；化学成分；硬度；显微组织
　　45钢是用量Z多的中碳调质结构钢，它具有较高强度和良好塑性的配合，可用于制造强度要求较高的机械零件，如压缩机、各种化工用泵的运动部件（如曲轴、连杆、活塞杆） ，也可制造汽轮机的叶轮等。通常大尺寸的零件为正火态使用，小尺寸的零件可调质成回火索氏体使用。某半导体设备公司采用45钢（调质态）作为轴材料，该轴尺寸为<20×600mm，在使用过程中发现两件轴（分别编号为试样1和试样2) 的强度、塑性都不高，达不到使用要求，且试样2更为严重，为免以后发生重大质量问题，笔者通过理化检验对其性能进行了分析。
　　1　理化检验
　　1.1化学成分分析
　　在试样1和试样2上分别钻屑取样，按GB/T223《钢铁及合金化学分析方法》进行化学成分分析，结果（质量分数，%）见表1，结果表明，两件样品的化学成分都符合GB/ T69921999中对45钢的成分要求。

　　1.2硬度测试
　　在两件轴的横截面上分别进行硬度测试，使用仪器为600MRD数显洛氏硬度计，测试结果见表2。结果表明，两件样品整个横截面上的硬度都比较均匀，但硬度值均低于45钢调质件的正常硬度范围（HRC 28 左右），特别是试样2，硬度只有HRC1511～16.5（注：数值低于20.0，已超出金属洛氏硬度试验方法所规定的范围，此时数值仅供参考）。

　　1.3金相分析
　　在试样1和试样2上分别取样，将样品进行研磨、抛光并用4%硝酸酒精溶液进行浸蚀，制成金相试样，在卡尔•蔡司Axivert 40 MAT光学显微镜上观察，观察面为轴的整个横截面。结果表明，两个轴横截面上的组织分布都比较均匀，试样1显微组织为回火索氏体及少量呈网状分布的白色铁素体，部分铁素体呈针状向晶内发展，而呈魏氏组织（图1）；试样2的显微组织为回火索氏+白色铁素体，铁素体大部分沿原奥氏体晶界呈块状析出，部分呈针状向晶内穿插，而呈现出严重的魏氏组织状态（图2）。两个样品中的铁素体网孔均较大且不光滑，部分呈锯齿状，即为魏氏组织残余，显然，出现魏氏组织和较大的铁素体网孔是组织过热的特征，是铸造成形留下的组织残余。

　　2　分析和讨论
　　45钢是Z为常见的调质钢，调质后的组织形态首先取决于淬火组织（当然淬火前原始组织也会有很大影响）。因淬火加热不足而残留在马氏体组织中的碎块状铁素体，或因冷却不足而在马氏体晶界区形成的网状铁素体（网孔小且较光滑），均会保留到高温回火后的索氏体组织中。45钢作为调质件使用时，在调质处理（淬火+高温回火）之前必须进行正火处理作为中间热处理工艺，即锻造成形后进行正火处理，以获得均匀而细密的组织。实际生产中，一些单位考虑经济利益，过分依赖锻后余热正火，不经过金相分析，由于取消了正火处理，加上调质时保温不充分，造成金相组织不合格或不均匀，直接影响到材料的力学性能。从图1和图2观察到的显微组织形态分析看，在该45钢材料中保留下来的网状铁素体及魏氏组织是由于始锻及终锻温度较高，而且以较大的过冷度冷却而产生的，调质前又未进行正火处理，锻造残余组织保留到调质处理阶段。显微组织的特征与硬度测试的结果是相一致的，正是由于组织中存在着铁素体，工件的硬度才会低于正常的45钢调质态的硬度。特别是试样2，组织中存在大量的铁素体，故其硬度更低。此种异常的显微组织会使得轴件的强韧性远不及正常的调质件，满足不了实际使用要求，这样的工件若投入使用，在使用过程中更易出现断裂现象，危害极大。
　　3　结语
　　该45钢轴件由于锻造温度偏高，又未进行正火处理，造成了显微组织的异常，出现了网状铁素体及魏氏组织残余，使得工件的性能大大降低，达不到使用要求。