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45中碳调质结构钢

(1) 材料的特性

45钢是常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般,退火、正火比调质时要稍好,具有较高的强度和较好的可加工性,经适当的热处理以后,可获得一定的韧性、塑性和耐磨性,材料来源方便。适合于和氩弧焊,不太适合于气焊。焊前需预热,焊后应进行去应力退火。

正火可改善毛坯(硬度<160HBW) 的可加工性。该钢经调质处理后,其综合力学性能要优于其他碳结构钢,但淬透性较低,水中临界淬透直径为12~17mm,水淬时有开裂倾向。当直径>80mrn时,经调质或正火后,其力学性能相近,对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性,而大型零件则以正火处理为宜,所以此钢通常在调质或正火状态下使用。

(2)供货状态

未热处理态,硬度≤229HBW;退火态,硬度≤197HBW。

(3) 化学成分

根据标准GB/T 699—1999,该钢的化学成分(质量分数):C0. 42%~0.50%、Si0.17%~0.37%、Mn0.50%~0.80%、P≤0. 035%、S≤0.035%、Ni≤0.30%、Cr≤0.1~5%、Cu≤0.25%。

(4) 参考对应牌号

德国DIN标准材料编号1.0503、德国DIN标准牌号C45、法国AFNOR标准牌号CC45、法国NF标准牌号C45、意大利UNI标准牌号C45、比利时NBN标准牌号C45-l、瑞典SS标准牌号1650、西班牙UNE标准牌号F.114、美国AISI/SAE标准牌号1045、国际标准化组织(ISO) 标准牌号C45E4、日本JIS标准牌号S45C/S48C、英国BS标准牌号IC45/080A47。

(5) 典型应用举例

1) 适用于冷冲压模具楔块、螺钉及垫板等。

2) 可用于其他各种冷作模具的零件。

3) 适用于制作强度要求较高,又要求一定硬度和韧性的各种扳手等工具。

4) 用作热锻、压铸、热冲压等热作模具的零件。

5) 45钢切边模用于切削Q235钢螺栓六方头,经碳氮共渗和津、回火后,模具使用寿命达15000次以上。

6) 45钢空气锤锤头采用底平面中部喷射淬火,如图2所示,硬度一般可达45~47HRC,使用寿命显著提高。

图2  喷射淬火示意图

7) 经镀镍+渗硼+淬火+回火后的45钢模具,使用寿命比渗硼模具提高一倍以上。

8) 45钢方头帽冷镦模内孔采用复合渗强化处理工艺,经内孔喷水冷却,使方头帽冷镦模内孔硬度均匀,比采用传统工艺的使用寿命提高9倍。

9)  用于产量不大的热塑性塑料注射模具的动、定模座板。

10) 上、下模座板,上、下模板,动、定模板,支承板,模套。

11) 推杆固定板、推板。

12) 45钢用作垫块时不进行热处理或调质至硬度230~270HBW。

13) 45钢用作复位杆时,淬火硬度43~48HRC。

14) 塑料模具的型芯、凸模、型腔板和镶件等零件。.

15) 中、小模具精度要求不高,受力不大,生产批量小的模具

(1) 临界点温度(近似值)

Ac1 = 724℃、Ac3 = 780℃、Accm = 770℃、Ar3 =751℃、Ar1 = 682℃、Ms =300℃。

(2) 正火规范

正火温度850~870℃,正火后硬度170~217HBW。可改善毛坯(<160HBW)的可加工性。

(3) 冷压毛坯软化处理规范

740~760℃× 4~6h保温,再以5~10℃/h的冷速降温到≤600℃,出炉空冷。处理前硬度≤197HBW,处理后硬度≤J56HBW。

(4) 球化处理规范

1) 760℃× 0.5h保温,再以20℃/h的冷速冷至700℃,再炉冷,得到完全的球化组织。

2) 755℃× 0.5h保温,再以20℃/h的冷速冷至680℃,再炉冷,也可得到完全的球化组织。

(5) 调质处理规范

盐水或油冷却,回火温度520~540℃,保温1~2h。

(6) 双重淬火规范

淬火温度(850±10) ℃,保温30min,油冷;二次加热,预热温度650℃,预热10min,淬火温度(810±10)℃,保温10~15min,水冷至100~160℃;再入炉回火:(600±10) ℃×60~90min,出炉空冷。

(7) 亚温淬火

箱式炉770~780℃加热,按1.2min/mm保温,水冷。在盐浴炉中(780±10) ℃加热,按 0.2~0.3min/mm保温,在w(NaN03)25% + w( NaNO2)20% + w( KN03)20% + w( H2O)35%的三硝水溶液(密度为1.4~1.45kg/L) 中淬火冷至200℃,取出空冷。

(8) 喷射淬火规范

箱式炉加热,550℃×1h预热,再移人盐浴炉中加热(830±10)℃× 2h,淬人w(NaCl)为10%的水溶液中冷却2min,移入(380±10)℃炉中回火4h。

底平面中部硬度30~33HRC,底平面四周硬度45~47HRC。

(9) 碳氮共渗淬火规范

800℃碳氮共渗4h+淬火+180℃ × 2h回火。

渗层深度0.5~0.6mm,硬度≥900HVO.1。

(10) 镀镍+渗硼+淬火+回火规范

先进行(92±2)℃× 60min镀镍;镀后进行350℃× 2h空冷处理;在(820±10)℃盐浴炉中加热热透后空冷;在盐浴炉中加热810℃× 4~5min,160~180℃碱浴中淬火,在硝盐炉中进行320℃× 2h回火。热水冲洗,渗层厚度100~110μm,硬度1200HV O.1,渗层结构致密。

(11) 复合强化处理规范

45钢方头帽冷镦模内孔复合渗强化工艺如图1所示。

图1  45钢方头帽冷镦模内孔复合渗强化工艺

1) 锻造和锻热调质处理,铸造比为2~5时,采用“轻~重~轻”锻造法,宜用三镦三拔,最后一火锻打成形后用800~850℃余热淬火,接着高温回火。

2) 内孔碳氮共渗,模具清洗干燥后,内孔涂上KCN-1膏体碳氮共渗剂,孔内塞满膏剂,干燥后密封装箱,用旧渗碳剂作填料即可进行810~820℃× 2~3h的碳氮共渗,渗层深0. 65~0.75mm。

3) 内孔渗硼,将经碳氮共渗的45钢冷镦模内孔抛光至Ra0.8μm,清理干净后,涂以膏体渗硼剂,因内孔小(Φ13mm) 将涂料填满,自然干燥后密封装箱,按840℃× 3h渗硼,保温后开箱直接对冷镦模内孔喷w( NaCl)10%水溶液冷却。

4) 内孔喷水冷却,对内孔进行喷水冷却,淬火冷至200℃后油冷,立即转入240℃硝盐槽内回火2h。

表面渗硼层硬度1600~1900HV,碳氮共渗层硬度62~65HRC。由表向里硬度梯度平缓。

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