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
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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,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+（30~50℃）;球化退火加热温度,适用于共析钢和过共析钢,Ac1+（30~50℃）。
（2）正火加热温度:
对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）;过共析钢是Accm+（30~50℃）,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+（30~50℃）;对共析钢和过共析钢是Ac1+（30~50℃）,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温度。
也能够利用铁碳相图决定A1、A3及Acm点的温度再加上10~20℃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
Ac1
Ac3或ACcm
AR1
AR3
碳
素
结
构
钢
20
735
855
680
835
860~880
30
732
813
677
835
850~870
40
724
790
680
760
840~860
45
724
682
682
751
840~860
50
725
690
690
750
770~800
60
725
695
695
743
860~880
碳
素
工
具
钢
T7
730
770
700
-
780~800
T8
730
-
700
-
780~800
T10
730
800
700
-
760~800
T12
730
820
700
-
760~800
T13
730
830
700
-
760~800
（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150~250℃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350~500℃进行回火,硬度约为HRC35~45,主要用于各类弹簧热处理;高温回火是在500~~650℃进行,所得组织为回火索氏体,硬度为HRC25~35,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5~10%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．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
1
1000
水冷
2
750
水冷
3
860
空冷
4
860
油冷
5
860
水冷
注:
1~4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。
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