3.如何解决45钢正火或调质后局部难机械加工问题？

45钢的强度与韧性优于其他碳素调质钢，所以目前应用非常广泛，特别是在交变载荷下工作的轴类、连杆、螺栓、齿轮等多采用45钢制造。但一些企业用于生产主轴的45钢，存在经正火或调质处理后，工件钻不动的问题。45钢棒料合金元素的成分见表2-3，45钢热轧态组织如图2-10所示。

表2-3　生产用45钢棒料的化学成分（质量分数wt％）

由表2-3中数据可见，所用45钢中所含的合金元素均符合GB/T 699—1999《优质碳素结构钢》要求，化学成分并不是造成工件经正火或调质处理后存在局部难以加工问题的原因。

图2-10　45钢热轧态组织

45钢原材料经热轧后空冷，其显微组织为珠光体+网状铁素体+少量魏氏组织，珠光体晶粒粗细很不均匀，且有带状偏析组织特征，如图2-10（a）所示。其热轧温度偏高，局部过热形成了魏氏铁素体，如图2-10（b）所示。由图还可见，在铁素体网密集区的珠光体较粗，而在铁素体网稀疏区的珠光体很细，分别如图2-10（c），2-10（d）所示。图中带状组织的存在使钢的组织不均匀，影响钢材性能。而且，粗大魏氏组织的存在，也使钢调质处理后得不到正常的组织，致使韧性下降。经显微硬度计检测，珠光体的显微硬度值为266HV，而铁素体的显微硬度值为166HV。因此，硬度检测结果均不高。

观察45钢原材料断口形貌，45钢原材料断口大部分呈河流状花样，以解理断裂为主，如图2-11（a）所示。由此可见，造成以脆性断裂为主的原因可能是45钢组织中存在较多魏氏组织，使钢的力学性能特别是冲击韧度和塑性显著降低，提高了钢的脆性转折温度。除此外，在45钢原材料断口中还有少量颗粒状夹杂物存在，如图2-11（b）所示。经能谱分析，夹杂物属于金属和非金属夹杂，如图2-12所示。由有关研究可知，钢中夹杂物的存在是影响钢性能的重要因素。金属或非金属夹杂物与钢基体性质存在的差异，会破坏金属的连续性，并导致夹杂物周围应力集中或削弱晶体间的结合，影响钢的切削性能。

图2-11　45钢原材料断口形貌

为改善45钢原材料组织，相关单位技术人员提出了采用重结晶退火工艺，具体工艺路线如图2-13所示。

45钢样品经重结晶退火处理后，金相组织为珠光体+铁素体，组织均匀性以及网状铁素体、魏氏组织和带状偏析的组织特征得以明显改善。如图2-14所示。经过重结晶退火，45钢内在质量明显提高。

图2-12　45钢原材料断口夹杂物分析

图2-13　45钢样品的重结晶退火处理工艺曲线

用扫描电镜观察45钢样品退火断口形貌的结果表明，断口特征为脆性和韧性共存，如图2-15（a）所示。在高倍下可以看出，韧窝明显增加，如图2-15（b）所示。因此，重结晶退火处理明显提高了45钢的内在质量，有利于改善后续正火或调质处理后机加工性能。

图2-14　45钢退火后组织

图2-15　45钢退火后断口形貌

以上实例表明，45钢原材料原始组织不均匀，存在网状铁素体及带状偏析；珠光体晶粒粗细不均匀，铁素体网稀疏区珠光体的片层细（屈氏体组织），而铁素体网密集区珠光体的片层粗；断口特征以脆性解理为主；断口局部存在金属或非金属夹杂物。这些是造成45钢局部机加工困难的主要原因。如先将45钢原材料进行重结晶退火处理，可以明显改善其组织缺陷，提高后续正火或调质处理的机加工性能。