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摘要：采用不同正火溫度、淬火溫度和回火溫度對含0.25%V和0.15%Sr的45鋼機械軸套進行了熱處理，并測試與分析了45鋼機械軸套的力學性能。結果表明：隨正火溫度從830℃上升至930℃，淬火溫度從800℃上升至880℃，回火溫度從550℃上升至650℃，軸套的力學性能均先提高后下降。軸套的正火溫度、淬火溫度和回火溫度分別優選為890、860和610℃。

關鍵詞：熱處理工藝；正火溫度；淬火溫度；回火溫度；45鋼機械軸套；力學性能

軸套是套在轉軸上的機械零件，形狀為筒狀，它是滑動軸承的一個重要組成部分，成為了應用很廣泛的一種機械零件[1]。軸套和軸承座采用過盈配合，內孔和銷軸通常采用間隙進行配合，是機械裝置中的極其重要的連接零件[2]。現代加工制造業與及科技的發展極大地帶動了對軸套等零件的需求和被廣泛地用于建筑、工程、紡織、汽車、飛機等領域，在機械行業中占據了越來越重要的地位[3]。但是機械軸套在運行的過程中，工作環境較惡劣，軸套要承受來自多方面的較大載荷，而且還會受到沖擊力、彎曲、扭轉等的影響，所以易出現疲勞、磨損，影響使用效果和壽命[4]。因此，這就要求機械軸套具有較佳的綜合性能，硬度高、耐磨性強、抗疲勞、韌性強，方能滿足現代工業對于軸套的高要求[5]。由于機械軸套質量的好壞很大程度上取決于其加工工藝，常采用熱處理來減小或消除機械軸套的裂紋和磨損。但是目前，關于熱處理工藝對機械軸套性能的研究還鮮有報告。因此，本文采用不同的熱處理工藝對新型機械軸套進行了表面熱處理，并對其性能進行了試驗與分析，研究了熱處理工藝對機械軸套性能的影響，以優化機械軸套的性能。

1試驗材料與方法

1.1試驗材料

新型機械軸套的材質為添加了0.25%V和0.15%Sr的45鋼，用EDX1800C型X射線熒光光譜儀對機械軸套的化學成分進行測試分析，成分測試結果如表1所示。在電爐內進行45鋼的熔煉，然后制備機械軸套毛坯，毛坯采用圓棒料（準300mm×300mm），毛坯的鍛造采用自由鍛方式進行；鍛造后進行正火處理；接著依次進行粗加工、精加工；再進行淬火、回火處理；最后獲得試驗所需的機械軸套試樣。機械軸套的主要尺寸為：外圓直徑準280mm、外圓壁厚5mm、軸筒直徑準250mm、軸桶長度為320mm。熱處理過程中，保持各試樣的以下熱處理工藝參數不變：正火時保溫時間30min、出爐空冷；淬火時保溫時間30min、水冷、淬火介質為30%CaCl2水溶液；回火時，保溫時間2.5h、出爐空冷。機械軸套的熱處理工藝參數如表2所示。

1.2試驗方法

采用線切割軸套的方法，切割成平行段準5mm×35mm的棒狀拉伸試件，拉伸試件取樣位置如圖1所示。以3個拉伸平行試件測試值的算術平均值作為試樣的測試值。在BDL-500L型拉伸試驗機上進行試樣的拉伸試驗，測試溫度為室溫，拉伸速度為1mm/min。并記錄下試樣的抗拉強度、屈服強度與及斷后伸長率，以此表征試樣的拉伸性能。最后再以JSM6510型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察試樣的拉伸斷口形貌。

2試驗結果與分析

2.1正火溫度對力學性能的影響

圖2是不同正火溫度下45鋼機械軸套試樣力學性能測試結果。從圖2（a）可以看出，隨正火溫度從830℃上升至930℃，45鋼機械軸套試樣的抗拉強度呈現出先增大后減小的變化趨勢。當正火溫度為830℃時，試樣1的抗拉強度最小，為585MPa；當正火溫度為890℃時，試樣4的抗拉強度為648MPa，此時抗拉強度最大，較試樣1增大了11%；當正火溫度繼續升高至910℃和930℃時，試樣5和試樣6的抗拉強度分別為627MPa和603MPa，較890℃正火溫度的抗拉強度分別減小了21MPa和45MPa。從圖2（b）可以看出，隨正火溫度從830℃上升至930℃，試樣的屈服強度呈現出先增大后減小的變化趨勢。當正火溫度為830℃時，試樣1的屈服強度最小，為327MPa；當正火溫度為890℃時，試樣4的屈服強度為385MPa，此時的屈服強度最大，較試樣1增大了18%；當正火溫度繼續升高至910℃和930℃時，試樣5和試樣6的屈服強度分別為364MPa和342MPa，較890℃正火溫度的屈服強度分別減小了21MPa和43MPa。從圖2（c）可以看出，隨正火溫度從830℃上升至930℃，45鋼機械軸套試樣的斷后伸長率呈現出先減小后增大的變化趨勢。當正火溫度為830℃時，試樣1的斷后伸長率最大，為19.2%；當正火溫度為890℃時，試樣4的斷后伸長率最小，為16.6%，較試樣1減小了2.6%；當正火溫度繼續升高至910℃和930℃時，試樣5和試樣6的斷后伸長率分別為17.3%和18.2%，較890℃正火溫度的斷后伸長率分別增大了0.7%和1.6%。圖3是正火溫度分別為830℃（試樣1）和890℃（試樣4）時，45鋼機械軸套拉伸斷口形貌圖。從圖3可以看出，830℃正火溫度下的韌窩更為粗大，更淺，撕裂棱也更為明顯，而890℃正火溫度下試樣的拉伸斷口的韌窩更深和細小，具有更好的拉伸性能。這與試樣的拉伸性能測試結果是一致的。

2.2淬火溫度對力學性能的影響

圖4是不同淬火溫度下45鋼機械軸套試樣力學性能測試結果。從圖4（a）可以看出，隨淬火溫度從800℃上升至880℃，試樣的抗拉強度呈現先增大后減小的變化趨勢。當淬火溫度為800℃時，試樣7的抗拉強度最小，為592MPa；當淬火溫度為860℃時，試樣4的抗拉強度最大，為648MPa，較800℃淬火溫度時的抗拉強度增大了9%，增長幅度最大；當淬火溫度繼續上升為880℃時，試樣10的抗拉強度為631MPa，較860℃淬火溫度時的抗拉強度減小了17MPa。從圖4（b）可以看出，隨淬火溫度從800℃上升至880℃，試樣的屈服強度呈現先增大后減小的變化趨勢。當淬火溫度為800℃時，試樣7的屈服強度最小，為335MPa；當淬火溫度為860℃時，試樣4的抗拉強度最大，為385MPa，較800℃淬火溫度時的屈服強度增大了15%，增長幅度最大；當淬火溫度繼續上升為880℃時，試樣10的抗拉強度為368MPa，較860℃淬火溫度時的屈服強度減小了17MPa。從圖4（c）可以看出，隨淬火溫度從800℃上升至880℃，試樣的斷后伸長率呈現先減小后增大的變化趨勢。當淬火溫度為800℃時，試樣7的斷后伸長率最大，為18.8%；當淬火溫度為860℃時，試樣4的斷后伸長率最小，為16.6%，較800℃淬火溫度時的斷后伸長率減小了2.2%，增長幅度最大；當淬火溫度繼續上升為880℃時，試樣10的斷后伸長率為17.2%，較860℃淬火溫度時的斷后伸長率增大了0.6%。

2.3回火溫度對力學性能的影響

圖5是不同回火溫度下45鋼機械軸套試樣力學性能測試結果。從圖5（a）可以看出，隨回火溫度從550℃上升至650℃，試樣的抗拉強度呈現先增大后減小的變化趨勢。當回火溫度為550℃時，試樣11的抗拉強度最小，為599MPa；當回火溫度為610℃時，試樣4的抗拉強度最大，為648MPa，較550℃回火溫度時的抗拉強度增大了8%，增長幅度最大；當回火溫度繼續上升為630℃和650℃時，試樣14和試樣15的抗拉強度分別為627MPa和603MPa，較610℃回火溫度時的抗拉強度減小了21MPa和45MPa。從圖5（b）可以看出，隨回火溫度從550℃上升至650℃，試樣的屈服強度呈現先增大后減小的變化趨勢。當回火溫度為550℃時，試樣11的屈服強度最小，為337MPa；當回火溫度為610℃時，試樣4的屈服強度最大，為385MPa，較550℃回火溫度時的屈服強度增大了14%，增長幅度最大；當回火溫度繼續上升為630℃和650℃時，試樣14和試樣15的屈服強度分別為360MPa和341MPa，較610℃回火溫度時的屈服強度分別減小了25MPa和44MPa。從圖5（c）可以看出，隨回火溫度從550℃上升至650℃，試樣的斷后伸長率呈現先減小后增大的變化趨勢。當回火溫度為550℃時，試樣11的斷后伸長率最大，為18.5%；當回火溫度為610℃時，試樣4的斷后伸長率最小，為16.6%，較550℃回火溫度時的斷后伸長率減小了1.9%，減小幅度最大；當回火溫度繼續上升630℃和650℃時，試樣14和試樣15的斷后伸長率分別為17.2%和17.9%，較610℃回火溫度時的斷后伸長率分別增大了0.6%和1.3%。綜合以上正火溫度、淬火溫度和回火溫度對45鋼機械軸套試樣的拉伸性能影響，可以看出，熱處理工藝參數優選為890℃正火溫度、860℃淬火溫度和610℃回火溫度。

3結論

（1）隨正火溫度從830℃上升至930℃，含0.25%V和0.15%Sr的45鋼機械軸套的抗拉強度和屈服強度先增大后減小，斷后伸長率先減小后增大。當正火溫度為890℃時，軸套較830℃時的抗拉強度和屈服強度分別增大了11%和18%。（2）隨淬火溫度從800℃上升至880℃，含0.25%V和0.15%Sr的45鋼機械軸套的抗拉強度和屈服強度先增大后減小，斷后伸長率先減小后增大。當淬火溫度為860℃時，軸套較800℃時的抗拉強度和屈服強度分別增大了9%和15%。（3）隨回火溫度從550℃上升至650℃，含0.25%V和0.15%Sr的45鋼機械軸套的抗拉強度和屈服強度先增大后減小，斷后伸長率先減小后增大，當回火溫度為610℃時，軸套較550℃時的抗拉強度和屈服強度分別增大了8%和14%。（4）為提高含0.25%V和0.15%Sr的45鋼機械軸套的力學性能，熱處理時正火溫度、淬火溫度和回火溫度分別優選為890、860和610℃。

參考文獻：

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作者：鄧發云 張云 單位：廣州南洋理工職業學院