45Mn钢链板热处理后硬度低原因分析

王魁，代玉杰 ，翟乃尧

1.青岛金链检测技术服务有限公司 山东青岛 266705

2.青岛征和工业股份有限公司 山东青岛 266705

1 序言

链条是机械行业传动和牵引的重要零部件，45Mn带钢作为一种中碳低合金钢，淬火后具有较高的强度、硬度、耐磨性，以及良好的韧性，其淬透性较高，高温下晶粒长大、氧化、脱碳倾向及淬火变形倾向均较小[1-3]，因此常用作链条、链板的材料。王学武等[4]研究认为，45Mn带钢经850℃淬火、400℃回火后的力学性能可达到或超过原制造材料40Cr钢的性能，可满足链板的服役要求，同时可降低生产成本。而链板热处理后硬度的高低直接影响到链条的疲劳性能和极限拉伸载荷[5，6]，因此硬度常作为链板热处理是否合格的一个重要指标。某型号链板热处理经硬度检测，发现个别链板的硬度为31～35HRC，远低于43～48HRC的标准要求。因此，针对45Mn钢链板热处理后硬度低的问题，通过化学成分分析、金相组织检测手段等对其进行了原因分析。

2 化学成分分析

对低硬度链板进行化学成分分析，结果见表1。通过检测结果可知，低硬度链板的化学成分碳含量偏低，不符合GB/T 699—2015《优质碳素结构钢》[7]的要求。

表1 45Mn钢链板化学成分（质量分数） （%）

3 金相组织检测

在同一批次产品中，对硬度正常的链板和低硬度的链板各取一件进行金相组织检测。结果显示，硬度正常的链板热处理后的组织正常，为回火屈氏体，如图1所示；硬度低的链板组织异常，表层为条块状铁素体+索氏体，心部为索氏体+回火屈氏体+少量块状铁素体，如图2所示。

图1 低硬度链板组织

图2 正常硬度链板组织

结合化学成分分析可知，4 5 M n 钢的A c1为726℃、Ac3为790℃[8]，由于表面碳含量偏低，在正常的淬火温度下，表层的加热温度低于其实际的Ac3点，因此链板表层组织无法完全转变为奥氏体，而是得到奥氏体+条块状铁素体组织，在冷却时又由于碳含量偏低，导致其奥氏体等温转变图（C曲线）右移，冷却速度减小，从而形成条块状铁素 体+索氏体的组织。同理，链板心部出现索氏体及少量铁素体，也与碳含量分布不均匀有关。由此推断，此批次链板所用带钢组织不均匀。

4 退火带钢金相组织

为验证上述推测，现场随机抽取10件退火带钢进行原材料的复检，发现10件退火带钢中有4件组织异常，如图3所示。由图3可知，组织异常的带钢表层为块状铁素体+层片状珠光体+少量球化体，而心部为层片状珠光体+少量点状球化体+块状铁素体，未球化的珠光体团的周边存在大块状的铁素体。对比表层和心部组织，表层的碳含量明显比心部的碳含量偏低，而且表层和心部的组织都存在大块状的自由铁素体，这种组织会直接影响到材料的淬透性和硬度均匀性。而正常退火带钢的组织如图4所示，其表层和心部均为点状球化体及少量珠光体+铁素体组织，且组织均匀，无明显的带状、偏析等异常组织。

图3 退火带钢异常组织

图4 退火带钢正常组织

5 结束语

由上述分析可知，45Mn钢链板硬度低于正常值，主要与原材料组织的均匀性有关。原材料碳含量分布不均匀，导致在淬火冷却时形成索氏体、屈氏体、铁素体等非马氏体组织，从而使45Mn钢链板硬度低于正常值。