碳钢的热处理后硬度测定以及金相分析实验指导书样本.docx

1、碳钢的热处理后硬度测定以及金相分析实验指导书样本实验七 碳钢的热处理及硬度测定以及金相分析实验项目名称: 碳钢的热处理及硬度测定、 金相分析实验项目性质: 综合实验所属课程名称: 金属材料与热处理实验计划学时: 4一、 实验目的( 1) 熟悉碳钢的基本热处理( 退火、 正火、 淬火及回火) 工艺方法。( 2) 了解含碳量、 加热温度、 冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。( 3) 分析淬火及回火温度对钢性能的影响。( 4) 学会洛氏硬度计的使用。( 5) 学会采用不同的热处理工艺, 将会得到不同的组织结构, 从而使钢的性能发生变化。二、 实验内容和要求热处理是一种很重要的金属加工工艺方法,

2、 热处理的主要目的是改进钢材性能, 提高工件使用寿命。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度, 经一定时间的保温, 然后以某种速度冷却下来, 经过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。热处理之因此能使钢的性能发生显著变化, 主要是由于钢的内部组织发生了质的变化。采用不同的热处理工艺过程, 将会使钢得到不同的组织结构, 从而获得所需要的性能。普通热处理的基本操作有退火、 正火、 淬火及回火等。热处理操作中, 加热温度、 保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序, 也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数, 是热处理成功的基本保证。Fe-FeC相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。1、 加

3、热温度( 1) 退火加热温度: 完全退火加热温度, 适用于亚共析钢, Ac3+( 3050) ; 球化退火加热温度, 适用于共析钢和过共析钢, Ac1+( 3050) 。( 2) 正火加热温度: 对亚共析钢是Ac3+( 3050) ; 过共析钢是Accm+( 3050) , 也就是加热到单相奥氏体区。退火和正火的加热温度范围见图2-1所示。图2-1 退火与正火的加热温度( 3) 淬火加热温度: 对亚共析钢是Ac3+( 3050) ; 对共析钢和过共析钢是Ac1+( 3050) , 见图2-2。钢的临界温度Ac1、 Ac3及Accm, 在热处理手册或合金钢手册中均可查到。再经计算可求出钢的热处理

4、温度。也能够利用铁碳相图决定A1、 A3及Acm点的温度再加上1020即近似Ac1、 Ac3及Accm, 然后再计算热处理温度。表2-1是各种碳钢的临界温度。图2-2 淬火加热温度范围表2-1 各种碳钢的临界温度类别钢号临界点温度( ) 淬火温度Ac1Ac3或ACcmAR1AR3碳素结构钢207358556808358608803073281367783585087040724790680760840860457246826827518408605072569069075077080060725695695743860880碳素工具钢T7730770700-780800T8730-700-78

5、0800T10730800700-760800T12730820700-760800T13730830700-760800( 4) 回火温度: 钢淬火后必须要回火。回火温度决定于最终所要求的组织和性能。按加热温度, 回火可分为低温、 中温及高温回火三类。低温回火在150250进行回火, 所得组织为回火马氏体, 硬度约为HRC60, 常见于切削刀具和量具; 中温回火是在350500进行回火, 硬度约为HRC3545, 主要用于各类弹簧热处理; 高温回火是在500650进行, 所得组织为回火索氏体, 硬度为HRC2535, 用于结构零件的热处理; 高于650的回火为珠光体, 硬度较低。例如, 45

6、钢的回火温度经验公式如下T=200+K( 60-X) 式中 K系数, 当回火后要求的硬度值大于HRC30时, K=11; 当硬度值小于HRC30时, K=12; X所要求的硬度值( HRC) 。2、 加热时间热处理加热时间与许多因素有关, 例如工件的尺寸、 形状、 使用的加热设备、 装炉量、 钢的种类; 热处理类型、 钢材的原始组织、 热处理的要求和目的等。上述因素都要综合考虑, 具体参考数据可查有关手册。3、 冷却方法 热处理的冷却方法至关重要, 控制不同的冷却速度( 即采用不同的冷却方式) , 可得到不同的组织, 从而有不同的性能。( 1) 退火 一般采用随炉冷却, 冷到500左右, 能够

7、出炉空冷, 不必在炉中冷到室温。( 2) 正火 多采用在空气中冷却, 大件常进行吹风冷却。( 3) 淬火 采用急冷方式, 即冷却速度应超过钢的临界冷却速度, 以保证得到马氏体组织, 另一方面冷却速度应当尽量缓慢, 以减少内应力, 避免变形和开裂。为了调和上述矛盾, 能够采用适当的冷却剂和冷却方式。常见的淬火方法有双液淬火、 分级淬火、 单液淬火、 等温淬火等。常见的淬火介质有清洁的自来水、 浓度为510%的NaCl水溶液、 矿物油等。三、 实验主要仪器设备和材料1、 箱式电炉及控温仪表; 2. 水银温度计; 3. 洛氏硬度机; 4. 抛光机; 5. 金相显微镜; 6. 冷却剂: 水、 油; 7

8、试样: 20钢、 45钢、 T12钢。四、 实验方法、 步骤及测试结果1 淬火部分的内容及具体操作步骤（1） 根据淬火条件不同, 分五个小组进行, 见表3-2（2） 加热前先将全部试样测定硬度, 一律用洛氏硬度测定。（3） 根据试样钢号, 按照Fe-Fe3C相图确定淬火加热温度和保温时间( 可按1分钟/每毫米直径计算) 。（4） 各组将淬火及正火后的试样表面用砂纸磨平, 以测出硬度值( HRC) 填入表2-2。表2-2 淬火实验组别淬火加热温度( ) 冷却方式20钢45钢T12钢处理前硬度处理后硬度处理前硬度处理后硬度处理前硬度处理后硬度11000水冷2750水冷3860空冷4860油冷5860水冷注: 14组各种钢号一块, 5组除20、 T12钢各一块外, 45钢取五块, 以供回火用。