低碳钢亚温淬火工艺研究实验报告.docx
《低碳钢亚温淬火工艺研究实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低碳钢亚温淬火工艺研究实验报告.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
低碳钢亚温淬火工艺研究实验报告
材料成型及控制工程专业
综合性实验
实验报告
学生专业：
材料成型及控制工程
学生姓名：
学生学号：
所在学院：
机电工程学院
报告日期：
2013年5月20日
前言
一、实验综述-------------------------------3页
二、实验目的-------------------------------9页
三、实验设备-------------------------------10页
四、实验过程-------------------------------10页
五、实验结果-------------------------------11页
六、实验结果分析---------------------------16页
七、结论-----------------------------------16页
八、参考文献-------------------------------17页
前言
亚温淬火定义
亚温淬火洪城临界区淬火或双相区淬火，加热淬火温度为Ac1~Ac3。
与完全淬火相比，亚温淬火后硬度稍低，但可显著提高钢的冲击韧性，降低钢的冷脆转变温度，抑制钢的可逆回火脆性，这对于要求强韧性高的亚共析钢零件尤为重要；雅雯粗活加热温度降低50~100℃，从而降低能耗20~30%
亚温淬火的优点
（1）提高钢的室温和低温的冲击韧性。
亚温淬火对许多结构钢的室温和低温冲击韧性有不同程度的提高，即随钢含碳量的增加强韧性化效果增加。
亦既不牺牲强度情况下提高韧性，从而扩大了材料的使用范围。
（2）降低钢的脆性转变温度。
亚温淬火对不同钢种在不同程度上降低了脆性转变温度。
使得低碳锰钢的脆性转变温度降低20℃
（3）抑制钢的可逆回火脆性。
由于亚温淬火净化晶界，减轻磷偏析，晶粒细化和晶粒边界效应的结果，使不同回火冷却速度对回火冲击韧性已不敏感，即不管回火后快冷或慢冷冲击韧性均提高，这表明钢的可逆回火脆性被抑制了。
亚温淬火的应用
在Ac1~Ac3之间，则加热时组织为奥氏体+铁素体；淬火后，奥氏体转变为马氏体，而铁素体被保留下来，此时淬火组织为马氏体+铁素体（+残余奥氏体），这样就造成了淬火后强度硬度都较低，但塑性韧性较好，相当于渗碳钢的心部组织所以可以用于制造承受高速、中载并要求抗冲击和耐磨损的零件，热别是紫车、拖拉机上的重要齿轮及离合器轴
一、实验综述
20CrMnTi钢综述
本次实验材料选用的是20CrMnTi。
其成分见表1－1。
表1-120CrMnTi的化学成分
成分
C
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
P
S
20CrMnTi（%）
0.36
0.50
0.80
1.64
0.37
0.05
0.01
0.01
20CrMnTi是中淬透性渗碳钢这类刚有良好的力学性能和工艺性能。
淬透性较高，过热敏感性较小，因此这种钢大量用于制造承受高速、中载并要求抗冲击和耐磨损的零件，热别是紫车、拖拉机上的重要齿轮及离合器轴等
低碳钢的亚温淬火热处理组织综述
钢的热处理原理主要是利用刚在加热和冷却时内部组织发生转变的基本规律。
根据这些基本规律和要求来确定加热温度、保温时间和冷却介质等相关参数，已达到改善材料性能的目的。
刚在热处理条件下所得到的组织与钢的平衡组织有很大的差别，钢加热到临界点（A1）以上时发生奥氏体转变，奥氏体在非常缓慢冷却时才能得到平衡组织状态的珠光体或珠光体+铁素体（或渗碳体），但大部分热处理工艺，如退火、正火、淬火、（回火或时效例外）都是将刚加热到奥氏体状态，然后以不同的冷却速度（或冷却方式）冷却到室温。
退火、正火、淬火的冷却速的不同，则会得到不同的组织，其力学性能或物理性能也不同。
热处理工艺加热温度的选择：
本次试验要完全退火亚温淬火高温回火工艺在此只对上述用到的热处理工艺进行综述
退火加热温度：
一般亚共析钢加热至Ac3+（30～50）℃（完全退火）降低硬度、改善高碳钢的切削性能。
亚温淬火加热温度：
Ac1~Ac3温度之间如图所示
回火温度的选择：
钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终要求的组织和性能（工厂里常常根据硬度要求）
高温回火。
在500～650℃的回火称为高温回火，所的组织为回火索氏体，硬度约为25～35HRC。
其目的是获得强度、硬度、塑形、韧性都较好的综合力学性能。
习惯上将淬火钢加高温回火相结合的热处理工艺称为调质、因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。
洛氏硬度试验机的原理及主要结构及其操作方法
洛氏硬度机的原理：
洛氏硬度试验，是用特殊的压头（金刚石压头或钢球压头），在先后施加两个载荷（预载荷和总载荷）的作用下压入金属表面来进行的，总载荷P为预载荷P0和主载荷P1之和，即p=P0+P1。
洛氏硬度值是施加总载荷P并卸除主载荷P1后，在预载荷P0继续作用下，由主载荷P1引起的残余压入深度e来计算
图4洛氏硬度测量原理示意图
图4中，h0表示在预载荷P0作用下，压头压入被试材料的深度；h1表示施加总载荷P并卸除主载荷P1，但仍保留预载荷P0时，压头压入被试材料的深度。
深度差e=h1-h0，该值用来表示被测材料硬度的高低。
HR-150A型洛氏硬度计主要零部件
1.机身2.加荷手柄3.升降手把4.手轮5.丝杠保护套（内有丝杠）6.待测试件7主轴
8.小杠杆9.大杠杆10.调整块11.定位标记12.吊环13.螺钉14.砝码变换器15.砝码
16.油针17.油毡18.后盖19.缓冲器20.卸荷手柄21.压头22.上盖23.指示表
24变荷手柄25.工作台
硬度测试方法、过程
将经过热处理以后的钢试样用水砂子上擦磨去除表面污垢和氧化层后，置于洛氏硬度机上测量硬度，为了减小测量误差，应进行多次测量，记录数据。
擦磨方法：
先沿着一个方向擦磨直到表面氧化物去除完，然后再沿着垂直方向擦磨使端面平整。
洛式硬度机的使用方法
1）将试样上下两面磨平，然后置于载物台上。
2）选择压头及载荷。
3）加预载。
按顺时针方向转动升降机构的手轮，使试样与压头接触．并观察显示器上光标移动至满载为止。
4）加主载。
5）读硬度值。
6）卸主载。
7）下降载物台。
逆时针转动加载手柄至原来位置。
8）用同样的方法在试样的不同位置测三个数据，取其算术平均值为试样的硬度。
本次实验采用TH300洛氏硬度机，其实验条件见表0-0
表0-0热处理条件
淬火
采用HRC，载荷150kg，保压2秒
回火
采用HRC，载荷150kg，保压2秒
为了减小实验设备所引起的误差，在测试硬度之前，用标准硬度块进行校对。
校对以后，再对试样进行硬度测试。
为了增加硬度数值的可靠性，每个试样进行5次硬度测试：
即在试样的中心进行一次测量，临近四个角部进行测量，5个数据求平均值。
观察金相操作方法
掌握金相显微试样的制备过程和基本方法，并观察、认识其金相显微组织；
1实验仪器及材料
1仪器：
台式金相显微镜、预磨机、砂纸、抛光机、吹风机等。
2材料；待磨试样每人一块；各号金相砂纸一套；腐蚀剂；无水乙醇；4％硝酸酒精；制备好的工业纯铁试样，棉球、镊子等。
2、内容
在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的金相显微组织时，需要在该材料的典型部位截取样块，然后通过一系列的制备过程，制成符合要求的金相显微试样。
即在金相显微镜下可以观察到很清晰的金相显微组织，其整个过程即为磨片。
机械抛光
机械抛光可分为粗抛和细抛两个步骤，均在抛光机上进行。
粗抛时转速要高些，细抛或抛软材料时转速要低些，所用抛光材料由抛光布和抛光粉，抛光布蒙在抛光盘上，不同要求应适当选用不同的抛光布。
粗抛时常用帆布、粗呢等，精抛时常用绒布、细呢、丝绸等。
机械抛光的方法及注意事项如下：
A．抛光粉要配制成抛光液使用，比例大约为水：
粉＝20：
1左右。
B．抛光时应使试样磨面均衡地压在旋转着地抛光盘上，压力不宜过大，并应使试样沿抛光盘的半径方向从中心到边缘来回移动。
C．抛光过程中要不断注入适量的抛光液，抛光布上的抛光液不宜太多或太少，以试样表面提起后几秒内能干为宜。
D．抛光后期，应使试样在抛光盘上各方向转动，以防止钢中夹杂产生拖尾现象。
E．抛光时间不宜过长，以防抛光表面层金属变形。
化学浸蚀
经抛光后而没有浸蚀的试样在显微镜下除了能观察到非金属夹杂物（石墨、氧化物、硫化物等）及其本身所具有的孔洞、裂纹等缺陷之外，看不到金属内部的组织，必须经过浸蚀。
利用化学浸蚀剂，通过化学或电化学作用显示金属的组织：
浸蚀方法：
将已抛光好的试样磨面先用轻水冲洗干净，然后用酒精棉清擦一遍，再将试样浸入浸蚀剂中，或用镊子夹着蘸上浸蚀剂的棉球擦其磨面。
浸蚀的时间依不同合金及不同组织而定，一般碳钢和铸铁浸蚀的时间大约在10～15秒内即可。
用酒精冲洗干净，吹干，将浸蚀完的试样放在显微镜下，就可以观察到金属内部的显微组织。
化学浸蚀剂种类很多，一般碳钢及铸铁所用浸蚀剂为3～5％的硝酸酒精。
电子摄像技术
将磨好的金相试样放在显微镜的载物台上，选好放大倍数以后，调整粗调手轮和微调手轮，直接在与显微镜相连的电脑显示屏幕上调清楚焦距，获得清晰的金相图片。
二、实验目的
1.学习热处理加热炉、硬度计、金相显微镜等设备的原理、结构以及操作规范。
2.学习亚温淬火热处理规范、硬度测试规范、金相试样加工规范、组织测试规范。
让我们理论联系实践更加充分的学习理解我们所学的知识。
三、实验设备
1、箱式电阻炉；型号：
砂型sx2-4-10；额定功率4kw；额定电压220v；额定温度1000℃；炉膛尺寸300×200×120mm。
2、亚温淬火：
水（使用温度约20℃）
3、TH300洛氏硬度机砂轮机；金相砂纸；MPOTM160E磨抛机；吹风机；抛光剂氧化铬抛光织物：
纺绸OLYMPUSGX51光学显微镜：
放大倍数分别为：
200倍，400倍，500倍。
4、试样材料：
20CrMnTi
四、实验过程
1.热处理加工方法、过程
20CrMnTi的热处理过程
退火
温度
880ºC，保温时间30分钟，随炉冷却
淬火
温度
830ºC保温时间25分钟水淬
回火
温度660ºC，保温时间：
30分钟，随炉冷却600ºC下出炉空冷至室温
文字叙述：
1、对20CrMnTi钢进行退火
（1）打开加热炉。
使其温度上升到880ºC将试样置于加热炉中待温度上升到880ºC开始计时，保温30分钟。
（2）30分钟后，断开开关使试样随炉冷却
（3）待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。
对试样进行抛光腐蚀后观察金相
（4）、测量试样的硬度并计入表格中。
2、对20CrMnTi钢进行淬火
（1）打开加热炉。
使其温度上升到830ºC将试样置于加热炉中待温度上升到830ºC开始计时，保温25分钟。
（2）25分钟后取出放入水中进行淬火
（3）待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。
对试样进行抛光腐蚀后观察金相
（4）测量试样的硬度一共5次。
并计入表格中。
3、对20CrMnTi钢进行回火
（1）打开加热炉。
使其温度上升到660ºC将试样置于加热炉中待温度上升到660ºC始计时，保温30分钟
（2）30分钟后断开开关使得试样随炉冷却到600ºC一下，取出空冷至室温
（3）待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。
对试样进行抛光腐蚀后观察金相
（4）测量试样的硬度一共5次。
并计入表格中
五、实验结果
1.热处理加工结果
20CrMnTi在880℃温度下退火得到铁素体+珠光体，其硬度、强度低，塑性、韧性好。
在830℃亚温淬火得到铁素体+100%板条马氏体，其强度、硬度高但是组织不均匀忽高忽低、耐磨性好
在660℃高温回火得到铁素体加粗粒状渗碳体强度硬度有所降低但是塑形韧性提高
2.硬度测试结果
20CrMnTi的硬度测试结果
退火硬度采用布氏硬度880℃退火硬度值为115HB
1
2
3
4
5
平均值
830℃淬火
53.6
53.7
55.0
52.8
53.9
53.8
660℃回火
27.4
28.8
30.2
27.6
30.4
28.9
（硬度：
HRC）
3.组织分析结果
20CrMnTi的组织图（完全退火）铁素体+珠光体
20CrMnTi钢880℃退火金相组织（×200）
20CrMnTi钢880℃退火金相组织（×400）
20CrMnTi钢880℃退火金相组织（×500）
20CrMnTi的组织图（830亚温淬火）铁素体+马氏体
20CrMnTi钢830℃淬火金相组织（X200）
20CrMnTi钢830℃淬火金相组织（X400）
20CrMnTi钢830℃淬火金相组织（X500）
20CrMnTi的组织图（660高温回火）铁素体+粗粒状渗碳体
20CrMnTi钢660℃回火金相组织（X200）
20CrMnTi钢660℃回火金相组织（X400）
20CrMnTi钢660℃回火金相组织（X500）
六、实验结果分析
1.20CrMnTi钢的组织情况
淬火后，从铁碳相图可以看出，淬火温度830℃对于含碳量0.36%的20CrMnTi几乎快要达到临界点Ac3以上奥氏体转变温度，从而奥氏体组织含量已经很高，其后以大于临界冷却速度进行水冷。
从上述组织图中可以看见板条马氏体和针状马氏体和铁素体，无残余奥氏体，由于马氏体的出现，因此，可以判定，830℃亚温淬火后20CrMnTi模具钢的硬度将大大提高，硬度值达到53.8HRC而660℃高温回火后得到的是铁素体+回火索氏体强度实质是铁素体+粗粒状的渗碳体，试样的硬度明显下降，平均硬度值为28.9HRC，塑形韧性得到很大程度上的提高。
七、结论
根据20CrMnTi热处理实验结果，可以得出如下结论：
（1）20CrMnTi830℃淬火（保温25分、水冷）后的组织为板条马氏体+针状马氏体+铁素体,组织细小均匀、合金元素溶解充分、硬度和冲击韧性匹配良好。
（2）20CrMnTi经660℃回火（保温30分）后，板条尺寸有一定量的减小，析出的碳化物相对细小，弥散分布在整个基体内，硬度有所降低，基本能够满足塑料模具钢使用要求。
（3）适当延长回火时间有利于提高材料的冲击韧性和延伸率，但过多会造成生产周期过长、成本提高，还会是组织粗化，强度、硬度降低。
所以回火时间不宜过长。
八、参考文献：
[1]作者：
叶宏金属材料与热处理P42～P59
[2]周小平主编.金属材料及热处理实验教程.华中科技大学出版社
升级会员 