（案例分析）45钢欠热淬火组织组织说明

案例分析

01

案例研究1

材质名称：45钢

加工状态：700℃、15min水淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图1 45钢在700℃水中加热的400X组织

组织描述：图1所示淬火组织由白色不规则多边形铁素体、片状珠光体、点状珠光体组成。 该样品最初经过欠热淬火。 由于操作失误，加热温度调整为700℃，保温时间和冷却方式仍采用淬火工艺。

当45钢在Ac1以下较高温度加热时，珠光体中的渗碳体会球化，形成粒状珠光体。 但由于该试样保温时间较短，珠光体中的部分渗碳体破碎成点状，在聚集长大之前再进行水冷，因此形成了部分点状珠光体。 其硬度值与退火组织相似。

02

案例研究2

材质名称：45钢

加工状态：760℃、15min水淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图2 45钢400X欠热淬火组织

金相组织描述：图2a所示金相组织为较多白色多边形、块状未溶铁素体，少量沿晶界析出的黑色屈氏体、灰白色马氏体和残余奥氏体，硬度约为30HRC； 图2b所示组织为白色多角形未溶铁素体、少量暗色板条马氏体、灰白色马氏体和残余奥氏体，硬度约为43HRC； 图2c所示组织为白色多边形未溶铁实心体、暗色板条马氏体、片状马氏体和残余奥氏体，硬度为53HRC。

图2显示了同一加热炉中欠热淬火样品的显微组织。 实验分为三组。 欠热淬火时，为了避免各组之间混淆，将样品放置在炉内的不同位置，使得同一炉内样品的温度不同，最终造成硬度和组织的差异。 不同之处。 在400倍显微镜下马氏体长度可达7mm。

理论上45钢的Ac1为724℃，Ac3为780℃。 欠热淬火加热温度处于两相区。 金相组织为奥氏体和未溶铁素体。 未溶解铁素体的量和加热温度有高有低。 这取决于保温时间的长短。 加热温度越接近Ac3，未溶解的铁素体量越少，其形态与量有关。 量大时，呈多角形或块状；量大时，呈多角形或块状； 量少时，基本呈多边形，分布于晶界处。 在淬火和冷却过程中，这些未溶解的铁素体被保留而不发生转变。 同时，由于淬火温度低，保温时间短。 奥氏体均匀化程度差，冷却时局部发生屈氏体转变。

03

案例研究3

材质名称：45钢

加工状态：830℃、15min水淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图3 45钢830℃加热淬火的400X组织

组织描述：图3所示淬火组织为中碳马氏体和白色残余奥氏体。 马氏体的形态实际上是板条状和片状的混合物，平均硬度约为60HRC。 在400倍显微镜下马氏体长度可达10mm。

04

案例研究4

材质名称：45钢

加工状态：840℃保温25min水淬（1）

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图4 45钢840℃加热淬火组织（1）400X

组织描述：图4所示淬火组织为中碳马氏体和白色残余奥氏体，平均硬度约为60HRC。 400倍显微镜下马氏体的长度约为12毫米。

05

案例研究5

材质名称：45钢

加工状态：840℃保温25min水淬（2）

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图5 45钢840℃加热淬火组织（2）400X

组织描述：图5所示淬火组织为极少量沿晶界分布的白色不连续网状先共析铁素体和黑色淬火屈氏体、淬火中碳马氏体和白色残余奥氏体基体。 平均硬度约为53HRC。

图5所示的样品和图4所示的样品在同一炉中加热并依次在水中淬火。 有些样品在淬火组织中存在非马氏体组织，其性能特点是硬度不均匀。 含托氏体的区域硬度较低，不含托氏体的区域淬火硬度一般。 硬度不足会降低工件表面的耐磨性，特别是疲劳性能。

淬火工件中出现非马氏体组织的原因有很多。 例如，淬火冷却介质搅拌不够，工件在淬火冷却介质中移动不够，或工件表面以错误的方向浸入介质中，往往使工件表面某些部位的蒸汽延迟。 薄膜破裂，导致冷却速度降低，出现高温分解产物，形成软点或局部硬度降低。 水的蒸气膜比盐水更稳定，因此水淬工件上更容易形成软点。 水和水溶液的温度越高，越容易产生软点； 淬透性差的碳钢在工件截面较大时容易产生软点； 工件表面不干净，如铁锈、污渍、表面氧化皮和炭黑等，也会造成淬火后局部硬度低。

加热不足也会导致淬火工件硬度不足，但冷却不当是淬火工件硬度不足的较常见原因。 淬火前工件出炉后停留时间过长，冷却介质选择不当或冷却介质温度控制过高，导致冷却能力不足，工件出炉时温度过高淬火后的冷却介质等，可能会导致过冷奥氏体向冷却曲线的珠光体区分解，形成铁素体、托氏体等非马氏体组织，导致工件硬度不足。

06

案例研究6

材质名称：45钢

加工状态：840℃保温25min油淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图6 45钢840℃加热淬火组织 (3) 400X

金相组织描述：如图6所示的淬火组织由沿晶界析出的白色网状先共析铁素体、暗色细片状珠光体（淬火屈氏体）、黑色羽状上贝氏体和灰白色马氏体组成。 由奥氏体和残余奥氏体组成，硬度约为30HRC，晶粒尺寸不均匀，400倍显微镜下评定晶粒尺寸为8-9。

45钢的淬透性比较差。 由于油的冷却能力低于45钢的临界淬火冷却速度，因此当油冷却时，奥氏体晶界上析出白色网状先共析铁素体，然后依次形成波谷。 致密体、羽状上贝氏体、马氏体和残余奥氏体。

07

案例研究7

材质名称：45钢

加工状态：850℃、20min水淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图7 45钢850℃加热淬火的400X组织

组织描述：图7显示淬火组织为中碳马氏体和白色残余奥氏体。 平均硬度约为60HRC。 在400倍显微镜下马氏体长度可达15mm。

08

案例研究8

材质名称：45钢

加工状态：880℃、30min水淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图8 45钢880℃加热淬火组织（1）400X

组织描述：图8所示淬火组织为粗大中碳马氏体和白色残余奥氏体。 平均硬度约为58HRC。 在400倍显微镜下马氏体长度可达35mm。

45钢正常淬火温度一般不超过850℃。 温度越高，晶粒尺寸越大，奥氏体稳定性相对提高，淬火后残余奥氏体量相对增加，硬度降低。

09

案例研究9

材质名称：45钢

加工状态：880℃保温30min油淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图9 45钢880℃加热淬火组织（2）400X

金相组织描述：图9所示淬火组织由白色细小网状先共析铁素体、深色细片状珠光体（淬火屈氏体）、羽状上贝氏体和沿晶界析出的灰白色马氏体组成。 体和残余奥氏体。

从晶界处形成白色细小网状先共析铁素体可以看出，奥氏体晶粒比较粗大。 在400倍显微镜下评价该样品的晶粒尺寸为6-7。

10

案例研究10

材质名称：45钢

加工状态：900℃保温25min水淬（1）

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图10 45钢900℃加热淬火组织（1）400X

组织描述：图10所示淬火组织为深色中碳马氏体和白色残余奥氏体。 平均硬度约为58HRC。 在400倍显微镜下马氏体长度可达40mm。

由于淬火加热温度较高，奥氏体中碳的分布比较均匀。 淬火后得到粗大的马氏体和较多的残余奥氏体，因此硬度降低。

11

案例研究11

材质名称：45钢

加工状态：900℃保温25min水淬（2）

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图11 45钢900℃加热淬火组织（2）400X

金相组织描述：图11所示淬火组织由白色细网状先共析铁素体、黑色淬火屈氏体、淬火中碳马氏体和沿晶界析出的残余奥氏体组成。

图11和图10所示的样品在同一炉中加热。 一方面可能是随着淬火后期水温的升高，其冷却能力下降，导致淬火组织中出现沿晶界析出的非马氏体组织； 一方面，可能是由于奥氏体中化学成分均匀性较差，导致淬火冷却时，局部区域的冷却速度比较小。 首先，沿奥氏体晶界析出白色细小网状先共析铁素体。 ，在铁素体周围形成黑色淬火托氏体，最后形成马氏体和残余奥氏体。 400倍显微镜下样品晶粒尺寸为6-7级，硬度约为54HRC。

12

案例研究12

材质名称：45钢

加工状态：900℃，油淬25分钟

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图12 45钢900℃加热淬火组织 (3) 400X

组织描述：图12所示淬火组织由白色细网状先共析铁素体、黑色淬火屈氏体、深色羽状上贝氏体、粗淬火中碳马氏体和残余奥氏体组成，平均硬度约为35HRC，晶粒尺寸为在 400 倍显微镜下评级为 5-6。

13

案例研究13

材质名称：45钢

加工状态：930℃、15min水淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图13 45钢930℃加热淬火的400X组织

组织描述：图13所示淬火组织为粗大中碳马氏体和残余奥氏体。 平均硬度约为58HRC。 在400倍显微镜下马氏体长度可达70mm。

14

案例研究14

材质名称：45钢

加工状态：920℃、20min水淬

侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液

图14 45钢920℃加热淬火的400X组织

组织描述：图14所示淬火组织为淬火中碳马氏体和残余奥氏体。

由于加热温度高，保温时间相对较短，因此晶粒尺寸不同，晶界清晰。 在400倍显微镜下最大晶粒尺寸可达5级。 混晶现象的发生会增加工件的淬火应力，增加淬裂的倾向。

结论

本文与大家分享，以45钢为例，加热温度范围为700℃至930℃的淬火组织，从中我们也可以发现许多日常工作中经常遇到的缺陷组织。 那么，通过本文的介绍，大家可以发现加热温度、保温时间、冷却介质对工件的组织和性能有很大的影响。 选择合理的淬火温度、保温时间、冷却介质非常重要。