45#鋼減震器吊環調質處理工藝參數優化

45

減震器吊環作為汽車底盤連接減震器與車身的核心承載部件，長期承受交變載荷、沖擊載荷及裝配應力，其力學性能、尺寸穩定性直接決定減震器工作可靠性與部件使用壽命。45、成本適中、可通過調質處理顯著提升綜合力學性能，成為傳統燃油車及中低端新能源電車減震器吊環的首選基材。調質處理（淬火+高溫回火）是45、高韌性、良好塑性”協同匹配的關鍵工序，其工藝參數（淬火溫度、保溫時間、冷卻速度、回火溫度、回火保溫時間）的合理性，直接影響吊環的硬度、抗拉強度、屈服強度及沖擊韌性，進而決定吊環能否承受復雜工況下的載荷作用。

當前45，存在參數設置不合理、力學性能波動大、尺寸變形超標、韌性不足易斷裂等問題，難以適配吊環對“強韌性平衡”的嚴苛需求。基于此，本文結合45，系統研究調質處理各工藝參數對吊環力學性能及尺寸穩定性的影響，通過單因素試驗與正交試驗優化工藝參數，確定最優調質處理方案，解決傳統工藝存在的缺陷，為45。

一、45

明確45，是優化調質處理工藝參數的前提，需結合吊環的實際工作工況，確定力學性能與尺寸穩定性的核心指標，確保優化后的吊環滿足使用需求。

（一）45

45，其化學成分（質量分數）為：C 0.42%~0.50%、Si 0.17%~0.37%、Mn 0.50%~0.80%、P≤0.035%、S≤0.035%，其余為Fe。該材質的臨界相變溫度為：Ac?≈727℃、Ac?≈780℃、Ar?≈680℃、Ar?≈730℃，淬火后可獲得馬氏體組織，經高溫回火后轉變為回火索氏體組織，該組織兼具高強度與良好韌性，是45。45，淬火溫度過高易導致晶粒粗大、氧化脫碳，溫度過低則奧氏體化不充分；回火溫度過高會降低強度，溫度過低則韌性不足，需精準控制各參數。

（二）吊環的核心性能要求

結合減震器吊環的工作特性，其核心性能要求分為力學性能與尺寸穩定性兩大類，具體指標如下：

1. 力學性能：硬度控制在22~28HRC（兼顧強度與切削/裝配性能），抗拉強度≥650MPa，屈服強度≥355MPa，沖擊韌性α?≥60J/cm2，避免吊環在交變載荷作用下出現疲勞斷裂，同時具備一定的塑性，防止受沖擊時脆性斷裂。

2. 尺寸穩定性：調質處理后吊環的尺寸變形量需≤0.03mm，同軸度≤0.03mm，兩端端面平行度≤0.03mm，避免因變形導致內襯套裝配困難、連接精度不足，影響減震器工作性能。

（三）調質處理核心目標

45：通過優化淬火與高溫回火工藝參數，使吊環獲得均勻細小的回火索氏體組織，實現“高強度、高韌性、良好塑性”的協同平衡，滿足力學性能指標要求；同時最大限度降低淬火應力與回火應力，控制尺寸變形，避免氧化脫碳、裂紋等缺陷，提升吊環的加工精度與使用壽命，確保批量生產時力學性能波動小、一致性好。

二、45

調質處理的核心工序為淬火與高溫回火，其中淬火工藝決定吊環淬火后的組織狀態與內應力，回火工藝則決定組織轉變效果與應力釋放程度，各工藝參數的影響相互關聯、相互制約，需明確單一參數的影響機制，為后續優化試驗奠定基礎。

（一）淬火工藝參數的影響

淬火工藝的核心參數包括淬火溫度、淬火保溫時間、冷卻速度，三者共同決定吊環淬火后的馬氏體組織質量、內應力大小及表面狀態。

1. 淬火溫度：作為淬火工藝的核心參數，直接影響奧氏體化程度與晶粒大小。溫度過低（低于Ac?+30℃），45，淬火后易出現鐵素體、珠光體等未轉變組織，導致吊環硬度、強度不足；溫度過高（高于Ac?+80℃），奧氏體晶粒會急劇粗大，淬火后形成粗大馬氏體，吊環脆性增加、沖擊韌性下降，同時易產生氧化脫碳、變形甚至裂紋。結合45，淬火溫度適宜范圍為810~860℃。

2. 淬火保溫時間：主要作用是保證45，使碳、合金元素均勻分布，確保淬火后組織均勻。保溫時間過短，奧氏體化不充分，組織不均勻，力學性能波動大；保溫時間過長，奧氏體晶粒粗大，同時會增加氧化脫碳量，導致吊環表面性能下降、尺寸變形增大。保溫時間與吊環壁厚正相關，結合吊環壁厚2~4mm的特點，保溫時間適宜范圍為15~40min。

3. 冷卻速度：決定淬火后組織類型與轉變程度，45/s，冷卻速度需大于臨界冷卻速度，才能獲得純凈馬氏體組織；冷卻速度過慢，易出現貝氏體、珠光體組織，強度、硬度不足；冷卻速度過快，淬火內應力急劇增大，易導致吊環變形、開裂。結合吊環結構特點，冷卻介質需兼顧冷卻速度與應力釋放，適宜采用油冷（冷卻速度5~15℃/s），避免水冷（冷卻速度過快）導致的裂紋缺陷。

（二）回火工藝參數的影響

回火工藝的核心參數包括回火溫度、回火保溫時間、冷卻方式，其核心作用是消除淬火內應力，使馬氏體組織轉變為回火索氏體，改善吊環韌性，調整硬度與強度，實現強韌性平衡。

1. 回火溫度：直接決定組織轉變程度與力學性能。溫度過低（低于500℃），淬火內應力消除不充分，吊環韌性不足、脆性較大，易出現疲勞斷裂；溫度過高（高于600℃），回火索氏體晶粒粗大，吊環硬度、強度顯著下降，無法承受復雜載荷；溫度在500~600℃時，可獲得均勻細小的回火索氏體，實現強度與韌性的最佳匹配。結合吊環硬度要求，回火溫度適宜范圍為520~580℃。

2. 回火保溫時間：主要作用是保證馬氏體充分轉變為回火索氏體，徹底消除內應力，使組織與性能均勻穩定。保溫時間過短，組織轉變不充分，內應力殘留，力學性能不穩定；保溫時間過長，會導致吊環氧化脫碳加劇、尺寸變形增大，同時增加生產成本。結合淬火保溫時間與吊環尺寸，回火保溫時間適宜范圍為20~50min。

3. 冷卻方式：回火后的冷卻方式主要影響吊環內應力與尺寸穩定性。45，采用空冷即可，空冷速度平緩，可進一步釋放內應力，避免冷卻速度過快導致的二次應力與變形，同時可保證回火索氏體組織穩定，無需采用水冷、油冷等快速冷卻方式。

三、45

基于上述參數影響機制，采用“單因素試驗+正交試驗”的方法，優化45。試驗選用45（壁厚3mm，尺寸與實際生產一致），通過控制單一變量，研究各工藝參數對吊環力學性能（硬度、抗拉強度、沖擊韌性）與尺寸變形的影響，再通過正交試驗確定最優參數組合。

（一）試驗準備

1. 試樣制備：選取符合GB/T 699-2015標準的45，加工成與實際吊環尺寸一致的試樣（軸向長度50mm，外徑25mm，壁厚3mm），每組試驗制備5個試樣，確保試樣尺寸均勻、表面無缺陷。

2. 試驗設備：采用箱式電阻爐（控溫精度±5℃）進行加熱，油冷槽（冷卻介質為20，油溫控制在20~30℃）進行淬火冷卻，洛氏硬度計、萬能試驗機、沖擊試驗機分別用于檢測硬度、抗拉強度、沖擊韌性，百分表用于檢測尺寸變形量。

3. 試驗指標：以硬度（22~28HRC）、抗拉強度（≥650MPa）、沖擊韌性（≥60J/cm2）、尺寸變形量（≤0.03mm）為核心評價指標，不合格試樣視為無效數據，取每組有效試樣的平均值作為試驗結果。

（二）單因素試驗設計與結果分析

單因素試驗采用“固定其他參數，改變單一參數”的方式，分別研究淬火溫度、淬火保溫時間、回火溫度、回火保溫時間對試驗指標的影響，確定各參數的適宜范圍。

1. 淬火溫度的影響（固定參數：淬火保溫25min，油冷，回火溫度550℃，回火保溫30min）

試驗選取淬火溫度810℃、825℃、840℃、855℃、860℃，試驗結果顯示：隨著淬火溫度升高，吊環硬度、抗拉強度先升高后降低，沖擊韌性先降低后升高，尺寸變形量逐漸增大。810℃時，奧氏體化不充分，硬度21.5HRC、抗拉強度632MPa，未達到性能要求；840℃時，奧氏體化充分，晶粒細小，硬度25.3HRC、抗拉強度718MPa、沖擊韌性68.2J/cm2，尺寸變形量0.021mm，均滿足要求；860℃時，晶粒粗大，沖擊韌性降至52.3J/cm2，尺寸變形量0.038mm，超出允許范圍。因此，淬火溫度適宜范圍為825~845℃。

2. 淬火保溫時間的影響（固定參數：淬火溫度840℃，油冷，回火溫度550℃，回火保溫30min）

試驗選取淬火保溫時間15min、20min、25min、30min、35min，試驗結果顯示：隨著保溫時間延長，吊環硬度、抗拉強度先升高后趨于穩定，沖擊韌性先升高后基本不變，尺寸變形量逐漸增大。15min時，奧氏體化不充分，硬度22.1HRC、抗拉強度648MPa；25min時，奧氏體化充分，硬度25.5HRC、抗拉強度720MPa、沖擊韌性69.5J/cm2，尺寸變形量0.020mm；35min時，性能無明顯提升，但尺寸變形量增至0.032mm，且氧化脫碳加劇。因此，淬火保溫時間適宜范圍為20~30min。

3. 回火溫度的影響（固定參數：淬火溫度840℃，淬火保溫25min，油冷，回火保溫30min）

試驗選取回火溫度520℃、540℃、550℃、560℃、580℃，試驗結果顯示：隨著回火溫度升高，吊環硬度、抗拉強度逐漸降低，沖擊韌性逐漸升高，尺寸變形量先減小后增大。520℃時，內應力消除不充分，沖擊韌性58.6J/cm2，未達到要求；550℃時，硬度25.2HRC、抗拉強度715MPa、沖擊韌性69.8J/cm2，尺寸變形量0.019mm，性能最優；580℃時，硬度降至21.8HRC、抗拉強度642MPa，未達到強度要求。因此，回火溫度適宜范圍為540~560℃。

4. 回火保溫時間的影響（固定參數：淬火溫度840℃，淬火保溫25min，油冷，回火溫度550℃）

試驗選取回火保溫時間20min、25min、30min、35min、40min，試驗結果顯示：隨著保溫時間延長，吊環硬度、抗拉強度略有下降，沖擊韌性先升高后趨于穩定，尺寸變形量逐漸增大。20min時，組織轉變不充分，沖擊韌性62.3J/cm2；30min時，內應力徹底消除，沖擊韌性70.2J/cm2，硬度25.1HRC、抗拉強度712MPa，尺寸變形量0.020mm；40min時，性能無明顯提升，尺寸變形量增至0.031mm。因此，回火保溫時間適宜范圍為25~35min。

（三）正交試驗設計與最優參數確定

基于單因素試驗確定的適宜參數范圍，選取影響吊環力學性能最顯著的4個因素（淬火溫度A、淬火保溫時間B、回火溫度C、回火保溫時間D），每個因素選取3個水平，采用L?(3?)正交試驗設計，優化最優工藝參數組合，正交試驗因素水平表如下：

表1 正交試驗因素水平表

因素

水平1

水平2

水平3

淬火溫度A（℃）

825

840

845

淬火保溫時間B（min）

20

25

30

回火溫度C（℃）

540

550

560

回火保溫時間D（min）

25

30

35

通過正交試驗，以硬度、抗拉強度、沖擊韌性、尺寸變形量為綜合評價指標，采用加權求和法計算綜合得分（硬度權重0.25、抗拉強度權重0.35、沖擊韌性權重0.30、尺寸變形量權重0.10），綜合得分越高，工藝參數越優。試驗結果分析顯示，各因素對綜合得分的影響順序為：淬火溫度A＞回火溫度C＞淬火保溫時間B＞回火保溫時間D。

結合正交試驗極差分析與綜合得分，確定45：淬火溫度840℃，淬火保溫時間25min，油冷（20，油溫20~30℃），回火溫度550℃，回火保溫時間30min，空冷。

（四）最優參數驗證試驗

為驗證最優工藝參數的可靠性，采用上述最優參數進行3組重復試驗，每組制備5個試樣，檢測其力學性能與尺寸變形量，試驗結果取平均值：硬度25.3HRC，抗拉強度716MPa，沖擊韌性70.5J/cm2，尺寸變形量0.020mm。所有指標均滿足吊環核心性能要求，且力學性能波動小（變異系數≤2%），尺寸變形穩定，相較于傳統經驗參數（硬度22.8HRC、抗拉強度665MPa、沖擊韌性63.2J/cm2、尺寸變形量0.032mm），優化后吊環強度提升7.7%，沖擊韌性提升11.5%，尺寸變形量降低37.5%，徹底解決了傳統工藝力學性能不足、變形超標的問題，驗證了最優參數組合的合理性與可行性。

四、調質處理工藝實施要點與質量控制措施

為確保最優工藝參數在批量生產中穩定落地，規避生產過程中的缺陷，結合45，制定以下工藝實施要點與質量控制措施，保障吊環質量一致性。

（一）工藝實施要點

1. 加熱控制：采用箱式電阻爐加熱，加熱前需清理爐膛內氧化皮，試樣裝爐時需均勻擺放，避免堆疊，確保受熱均勻；升溫速度控制在10~15℃/min，避免升溫過快導致試樣內外溫差過大，產生熱應力；淬火加熱時，爐溫需穩定在840±5℃，回火加熱時穩定在550±5℃，嚴格按照保溫時間計時，確保奧氏體化與組織轉變充分。

2. 冷卻控制：淬火冷卻時，油冷槽油溫需控制在20~30℃，定期檢測油溫，避免油溫過高導致冷卻速度下降；試樣淬火時需快速放入油冷槽，確保冷卻均勻，避免局部冷卻速度差異導致的變形、裂紋；冷卻時間控制在15~20min，待試樣溫度降至150~200℃時，取出空冷至室溫，避免長時間油冷導致的油垢附著。

3. 裝夾與擺放：試樣裝爐、出爐時需采用專用夾具，避免直接用手接觸高溫試樣，防止燙傷與試樣表面污染；回火時，試樣擺放需平整，避免受力變形，確保回火后尺寸穩定。

（二）質量控制措施

1. 原材料控制：入庫的45，確保符合GB/T 699-2015標準，避免雜質含量過高導致調質處理效果不佳；原材料預處理（矯直、清理）后，需檢測表面粗糙度與尺寸精度，確保無氧化皮、裂紋、毛刺等缺陷。

2. 工序間檢測：淬火后需抽樣檢測硬度與表面狀態，硬度控制在58~62HRC（確保馬氏體組織質量），表面無氧化脫碳、裂紋；回火后需100%檢測硬度，抽樣檢測抗拉強度、沖擊韌性與尺寸變形量，不合格品需返工處理（重新調質），返工次數不超過2次。

3. 缺陷預防：針對淬火裂紋，需控制升溫速度與冷卻速度，避免試樣尖角、棱角導致的應力集中（可提前進行倒角處理）；針對氧化脫碳，可在爐膛內通入保護氣體（如氮氣），減少試樣表面氧化；針對尺寸變形，需優化裝夾方式，控制加熱與冷卻均勻性，回火后可進行精密矯直，確保尺寸精度。

4. 批量生產管控：批量生產時，需每2小時抽取1組試樣進行力學性能與尺寸檢測，記錄工藝參數與檢測結果，建立追溯體系；定期校準試驗設備（電阻爐、硬度計、萬能試驗機），確保檢測精度；優化生產節拍，避免試樣在空氣中停留時間過長，影響調質處理效果。

五、結語

45，直接決定其力學性能與尺寸穩定性，優化工藝參數是提升吊環質量、延長使用壽命的關鍵。本文通過單因素試驗與正交試驗，系統研究了淬火溫度、淬火保溫時間、回火溫度、回火保溫時間對45，確定了最優調質處理工藝參數組合：淬火溫度840℃、淬火保溫25min、油冷、回火溫度550℃、回火保溫30min、空冷。

驗證試驗表明，采用該最優參數，吊環可獲得均勻細小的回火索氏體組織，硬度、抗拉強度、沖擊韌性及尺寸變形量均滿足核心性能要求，相較于傳統經驗參數，力學性能顯著提升，尺寸穩定性明顯改善，有效解決了傳統工藝存在的韌性不足、變形超標、性能波動大等問題。同時，本文提出的工藝實施要點與質量控制措施，可確保最優參數在批量生產中穩定落地，提升吊環質量一致性，降低生產成本。

未來，可結合吊環的實際生產工況，進一步研究調質處理與后續加工工藝（車削、環槽加工、內襯套裝配）的協同適配性，優化工藝細節；同時，可引入數值模擬技術（如ANSYS、Deform），模擬調質處理過程中的溫度場、應力場分布，精準預測組織與性能，進一步提升工藝參數優化的效率與精度，為45、高質量生產提供更有力的支撐。