45钢性能总结
众工周知，钢材的硬度与强度极限存在一定的关系，如下图。所以在对钢制零件热处理要求中，往往只要求检测表面硬度（对于特别重要的零件才制作同炉拉伸试验件）。
最近看图纸发现一个问题，很多工程师在图纸的技术要求中要求45钢调质后表面硬度达到34~40HRC。由于条件有限，我没有亲自试验过能不能达到这个硬度，所以特地翻了下以前的书籍，与大家一起学习一下45钢的调质热处理。
1 45钢基本性能
45钢是一种中碳优质碳素结构钢。淬透性低，水淬易变形和开裂，推荐在正火或调质状态下使用。在力学性能要求较高的小零件（编者注：截面尺寸≤100mm）常采用调质。该钢的冷变形属性中等，切削性能良好，可焊接，但焊前需预热，焊后需热处理。
（1）化学成分
（2）品种规格和供货状态
品种规格如下表
供货状态：钢丝、钢带、冷拉管和绑在冷拉（扎）状态供货，其他品种在正火或退火状态供应。
（3）物理性能
密度ρ=7.81g/cm³
泊松比μ=0.3
弹性模量E=196~206GPa
切变模量G=79GPa
2 45钢热处理后的硬度
钢材淬火后形成不稳定的马氏体，需要通过回火来稳定内部组织（常规套路）。回火又分为（150~250℃）低温回火，中温回火（300~500℃）回火，高温（500~650℃）回火。顾名思义，调质即淬火+高温回火，得到的金相组织为回火索氏体（如果没记错的话），它兼顾了强度与韧性，是45/40Cr等传动零件的常用热处理方法。
45钢在淬火温度通常在820~840℃，之后在不同温度下下回火后表面硬度如下表（摘自《实用热处理手册》）和下图（摘自《中国航空材料手册》）
由上表可知，当回火温度低至500℃时，硬度可达到33HRC，回火温度高至600℃时，硬度只有22HRC。
机械设计手册给出的100mm以下45钢调质后的参考硬度为207~302HBS（17~32.5HRC），也基本一致。
还有热处理工程师给出了经验公式，45钢表面硬度=0.1×（819-回火温度）HRC，基本上和上表相符。
3 45钢热处理后的屈服强度
再扩展一下，45钢调质后的屈服强度也是很多工程师比较关注的问题。
根据《机械设计手册》和GB/T 699—1999、GB/T 17107—1997，45钢热处理后力学性能如下表，屈服强度越为360Mpa。
但是，对于常用的45钢，以上手册对于试件截面≤100mm的零件并未细分，由于45钢淬透性低，试件截面尺寸对调质后的力学性能有很大的影响。
在实际应用中，多用截面尺寸≤100mm的45钢设计轴等零件，以上手册与标准缺少了相关数据，给设计校核带来很大不便。（虽然GB/T669规定了截面尺寸=25mm的轴的力学性能，但是这组数据是指导交货状态的，即正火或退火状态下的力学性能）
笔者有幸找到了《中国航空材料手册》相关数据，较全面地记录了不同回火温度与不同截面尺寸的45钢调质后的实测力学性能，如下表。
从上表可知，不同尺寸的45钢进行调质后，屈服强度从368~990Mpa不等，同样零件，回火温度越低，屈服强度越低。同样回火温度，零件尺寸越小，屈服强度越高。对于有限元计算，可以使用360Mpa进行屈服判定，这属于比较保守的值。如果要做更极端或优化的校核，可以参考上表。
最后来回答文章开头的问题，45钢调质后，表面硬度能否达到34~40HRC，答案是无法达到，建议改为25~30HRC（250~280HB），或25~32HRC（250~300HB）。如果一定要达到34~40HRC，则需要采用淬火+中温回火热处理，需要把图纸上的调质两字改为淬火。
