亚温淬火实验Word格式文档下载.docx
《亚温淬火实验Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《亚温淬火实验Word格式文档下载.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
增加亚温淬火次数可进一步改善中碳钢合金钢的低温韧性。
1.3亚温淬火后的回火工艺
当低于200℃回火时，不能充分发挥亚温淬火时两相组织的强韧化效果。
而大于200℃时，硬度下降，但冲击韧性明显增加。
这是由于回火温度较低时，马氏体和铁素体强度差别大，易引起应力集中效应，微裂纹多起源于铁素体，故反映出较高的脆断倾向。
随回火温度的提高，组织优越性才愈加明显，而且微裂纹主要发源于马氏体和铁素体相界面上，钢将出现韧性断裂。
同时，高温下两相强度差别减小，有利于改变应力分布。
最后，由于亚温淬火抑制了可逆回火脆性，冲击韧性曲线不出现低谷而呈单调增高。
故可采用比常规淬火的较低回火温度而不必避开回火脆性区，就可获得与常规处理相当的硬度，又兼有更高的韧性。
1.4亚温淬火的组织
亚温淬火后获得马氏体及铁素体混合组织，即在马氏体基体上保留少量弥散分布的铁素体；
断口大部分为马氏体及铁素体相间分布的全纤维状组织。
因而在不降低或略降低材料强度下，具有最佳的韧性和最低脆性转变温度以及高温回火脆性的抑制。
1.5亚温淬火提高强韧性的原因
（1）晶粒细化亚温淬火加热温度低，在两相区加热时晶粒长大倾向比较小，淬火组织晶粒也很细小，为取得高韧性的一个重要原因。
尽管铁素体有降低强度作用，但由于晶粒细化和晶界总面积增加，而使得提高韧性的同时仍能保持较高强度水平。
因此，为充分发挥两相区淬火钢复合组织的潜力，淬火温度应尽量接近Ac
（2）铁素体相的存在改变了杂质元素的分布钢的可逆回火脆性是由于钢中杂质元素在奥氏体晶界偏聚的结果。
P、Sn和Sb等为缩小奥氏体区元素，又都有稳定铁素体作用，它们应该优先存在于铁素体当中。
故当淬火组织中存在着一定数量的细小分散的铁素体，可减少杂质在奥氏体晶界的偏聚，从而减轻由它们引起的脆性。
另外，由于晶粒细化使晶界面积增加则单位晶界面上杂质含量减少，又进一步减少了它们对回火脆性的影响。
1.5亚湿淬火的种类
（1）加热温度接近Ac
的高温亚温淬火用于低、中、碳（合金）钢，在铁素体及奥氏体两相区加热淬火后，使马氏体为基体的组织中存在微量塑性相铁素体。
（2）加热温度接近于Ac
的低温亚温淬火用于低碳低合金的冷成形钢。
控制加热温度和冷却速度以获得铁素体+15～30％马氏体的双相组织，以塑性相铁素体为基体，由少量马氏体为强化相所组成。
通过控制其组织形态和组成相的相对量获得良好的冷成形性和高的加工硬化指数以及冷成形后强度显著提高等优良的性能，已引起国内外的广泛注意，双相钢的问世标志着低合金高强度钢的发展进入新的时期。
1.6低碳钢简介
低碳钢（lowcarbonsteel）又称软钢，含碳量在0.10%至0.30%之间。
它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。
因其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。
因此，其冷成形性良好，可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。
这种钢材具有良好的焊接性。
普通碳素结构钢又称普通碳素钢。
含碳量0.06-0.22%，以小于0.25%最为常用。
此类钢的应用范围非常广泛，其中大部分用作焊接、铆接或栓接的钢结构件，少数用于制作各种机器部件。
强度较低的Q195、Q215钢用于制作低碳钢丝、钢丝网、屋面板、焊接钢管、地脚螺栓和铆钉等。
Q235钢具有中等强度，并具有良好的塑性和韧性，而且易于成形和焊接。
这种钢多用作钢筋和钢结构件，另外还用作铆钉、铁路道钉和各种机械零件，如螺栓、拉杆、连杆等。
强度较高的Q255、Q275钢用于制作各种农业机械，也可用作钢筋和铁路鱼尾板。
根据一些工业用钢的特殊性能要求，对普通碳素结构钢的成分稍加调整而形成一系列专业用钢，如铆螺钢、桥梁钢、压力容器钢、船体钢、锅炉钢。
专业用钢除严格控制化学成分、保证常规性能外，还规定某些特殊检验项目，如低温冲击韧性、时效敏感性、钢中气体、夹杂和断口等。
优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少，机械性能较为优良。
优质碳素结构钢按含碳量不同可分为三类：
低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C为0.25-0.6%）和高碳钢（C>
0.6%）。
优质碳素结构钢中08、10、15、20、25等牌号属于低碳钢，其塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接。
其中20钢用途最广，常用来制造螺钉、螺母、垫圈、小轴以及冲压件、焊接件，有时也用于制造渗碳件。
30、35、40、45、50、55等牌号属于中碳钢，因钢中珠光体含量增多，其强度和硬度较前提高，淬火后的硬度可显著增加。
其中，以45钢最为典型，它不仅强度、硬度较高，且兼有较好的塑性和韧性，即综合性能优良。
45钢在机械结构中用途最广，常用来制造轴、丝杠、齿轮、连杆、套筒、键、重要螺钉和螺母等。
60、65、70、75等牌号属于高碳钢。
它们经过淬火、回火后不仅强度、硬度提高，且弹性优良，常用来制造小弹簧、发条、钢丝绳、轧辊等。
1.7普通碳素结构钢
Q195强度低，塑性高，有良好的压力加工性和焊接性能。
Q215强度比Q195高一些，但塑性略差一些。
Q235有较高的强度和硬度，塑性稍低，大多数在热轧状态下使用。
Q255强度高，有一定的耐磨性，但塑性低，一般在热轧状态下使用。
Q275强度和耐磨性比Q255高，但塑性比Q255低。
1.8优质碳素结构钢
08F/10F强度、硬度很低，塑性和韧性很高，有良好的深冲压、拉伸和弯曲性能，焊接性好。
08/10屈服和抗拉强度比值较低，塑性韧性很好，在冷状态下容易模压成型，为获得最还深拉延性能，板材应正火或高温回火。
焊接性优良。
15/20为常用的低碳渗碳钢。
强度较低（但高于08、10号钢），塑性、韧性、焊接性及冷加工性都很好，切削性不好。
25此钢介于低碳、中碳钢之间，具有一定的强度、较好的塑性和韧性，焊接性及冷冲压性均较好，切削性尚好，淬透性及淬硬性不高，无回火脆性。
一般在热轧或正火状态下时使用。
40/45为高强度中碳钢。
其特点是强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性，但焊接性不好。
50/55为高强度中碳钢。
经热处理后具有高的强度和硬度，良好的韧性，切削性能中等，焊接性不好，淬透性差，切水淬有形成裂纹的倾向。
1.9低碳钢的力学性能
低碳钢为塑性材料.其拉伸时的应力-应变曲线主要分四个阶段：
弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段，在局部变形阶段有明显的屈服和颈缩现象。
开始时为弹性阶段，完全遵守胡克定律沿直线上升，比例极限以后变形加快，但无明显屈服阶段。
相反地，图形逐渐向上弯曲。
这是因为在过了比例极限后，随着塑性变形的迅速增长，而试件的横截面积逐渐增大，因而承受的载荷也随之增大。
1.10低碳钢的新兴用途
原先由于低碳钢固有的特性，使其使用范围大大受到局限，随着国内一些新技术在钢铁行业的应用，低碳钢的许多新兴用途得到了很好的开发利用，目前国内一些大型钢厂或钢铁贸易公司都积极地与国内的大型吊索具企业密切合作，共同开发出一系列高技术高精密高质量的索具产品，在国内乃至全球的索具行业，起到了很好的技术推动作用，这也给我们对低碳钢的综合利用，指明了新的道路。
1.11研究内容
通过分析20钢、20CrMnTi在不同淬火温度下组织和力学性能的变化，得出20钢、20CrMnTi亚温淬火区间及在亚温淬火条件下奥氏体晶粒细化和马氏体转变的特点。
第二章实验材料、设备及处理方法
2.1实验材料
实验材料是20号钢和20CrMnTi渗碳钢钢。
其成分见表2－1
表2-120号钢和20CrMnTi的化学成分
成分
C
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
P
S
20号钢
0.20
0.25
0.56
/
0.025
20CrMnTi
0.23
0.30
0.80
1.24
0.01
2.2处理方法
截取试样后，对试样进行退火，淬火，回火的热处理，每次热处理后，都要进行组织观察和硬度测试。
2.3试样截取
通过手工下料制备6块底面为10×
10mm，高为16mm的正方体20CrMnTi试样。
分别打上钢号A，B，C，D，E，F。
通过手工下料制备6个直径为12mm高为10mm的20钢的试样，分别打上钢号1，2，3，4，5，6。
2.4热处理方式
2.4.1实验设备
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。
2.4.2处理方法
处理方法见表2－2
表2-2处理方法
退火
温度：
920℃，保温时间30分钟，随炉冷却
淬火
温度
730
750
770
790
810
830
A
B
D
E
F
1
2
3
4
5
6
回火
660℃，保温时间：
30分钟，随炉冷却600℃以下出炉空冷
注：
20钢、20CrMnTi均为水淬，淬火保温时间25分钟。
2.5制作金相试样
每次热处理后，要制作金相试样，以便观察试样组织。
主要有磨光，抛光，腐蚀，照相。
2.5.1磨光方法
设备：
砂轮机
磨光分为粗磨，细磨。
粗磨在砂轮机上进行粗磨，但容易产生大量的热，致使试样组织发生变化，所以在粗磨过程中接触压力不宜过大，且因随时浸入冷水中冷却。
保证试样不受发热的影响。
当试样表面已经平整后，粗磨即告完成。
在继续进行细磨以前，试样及工作者的双手均须用水充分冲洗，免得粗沙粒带至细砂纸上。
细磨主要是进行手工细磨。
手工细磨时，应将金相砂纸平铺在玻璃板上，一手将砂纸按住，另一只手将试样磨面轻压在砂纸上，并向前推移进行磨削，直到磨面上仅有一个方向的均匀磨痕为止。
在磨面上所加的应力应力求均匀，磨面与砂纸必须完全接触，这样才能使整个磨面磨削均匀。
为了保证磨面平整而不产生弧度，磨削应循单方向进行，即向前推动磨削，然后把磨片提起拉回，使不与砂纸接触。
细磨自0号金相砂纸开始，0号磨好以后，必须将磨面及操作者双手冲洗洁净，玻璃板亦需擦净。
然后换上较细的01号，在一次改用在细一级的02号、03号…等号砂纸，继续细磨。
每次换一级砂纸的时候，为了容易观察前一磨削过程所留下较粗磨痕的消除情形，其磨削方向应与前一号砂纸留下的磨痕方向相垂直。
否则，如果总是沿着一个方向磨，或是漫无方向的乱磨，那就很难鉴别在使用更细一号砂纸研磨后是否把前一号砂纸遗留下来的磨痕完全消除了。
表2－3附金相砂纸的规格
磨料微粉粒度号
砂纸代号
尺寸范围
（μm）
280
320（M40或W40）
400（M28或W28）
500（M20或W20）
600（M14或W14）
800（M10或W10）
1000（M7或W7）
1200（M5或W5）
1
01
02
03
04
05
06
～40
40～28
28～20
20～14
14～10
10～7
7～5
5～3.5
1400（M3.5或W3.5）
1600（M3或W3）
1800（M2.5或W2.5）
2000（M2或W2）
2500（M1.5或W1.5）
3000（M1或W1）
3500（M0.5或W0.5）
07
08
09
010
3.5～3.0
3.0～2.5
2.5～2.0
2.0～1.5
1.5～1.0
1.0～0.5
0.5～
更细
磨料微粉粒度号，是按JB1182-71中规定用目或力度表示，其数字是指标准筛网每英寸长度上筛孔的数目。
2.5.2抛光方法
设备：
MPOTM160E磨抛机，吹风机
抛光剂：
氧化铬
抛光织物：
纺绸
抛光是金相试样磨制磨制工序中的最后一道工序，其目的是消除
试样细磨时在磨面上留下的细微磨痕，使之成为平整光亮无痕的镜
面。
抛光时握住试样，使磨面均匀地轻压在旋转的抛光盘上，并随时将试样由中心至边缘往返移动。
抛光时间约需5～10分钟。
抛光完成以后应立即冲洗试样，先用水冲洗，并以湿棉花轻轻擦拭磨面，以取出残留的磨粒。
再放入酒精中冲洗，然后用吹风机吹干。
2.6金相显微组织的显示方法
一般在抛光磨面上是无法观察到金相组织的。
因此，金相组织的显示就成了金相检验中一个重要步骤，也是一件很复杂的技术操作过程。
在现代常规金相检验工作中，常用的金相组织显示方法有化学浸蚀法；
电解浸蚀法；
金相组织特殊显示法。
本次试验选用的是化学浸蚀法。
所用的腐蚀夜是：
4%硝酸酒精。
2.6.1化学浸蚀原理
化学浸蚀法是利用浸蚀剂对各种金相组织组成物所起的腐蚀作用不同，而使之呈现不同光泽的方法。
由于金属或合金的晶粒之间，以及各相之间的物理化学性质不同，因而具有不同的自由能，在电解溶液中则成为具有不同电位的电极，于是组成了许多微电池。
较低电位的部分是微电池的阳极，其溶解速度较快，溶解的地方则呈现凹陷或产生沉积而着色。
2.6.2化学浸蚀方法
磨面浸蚀前必须冲洗清洁，去除任何污垢，以免阻碍浸蚀作用。
浸蚀操作有两种方法：
浸入法和揩拭法。
本次实验所用是浸入法。
浸入法是将磨面用钳子或用手指夹住，浸入盛有浸蚀剂的器皿中，使磨面朝下，并保持磨面浸入浸蚀剂，但不能与器皿底接触。
在浸蚀过程中不时地轻微左右移动试样，以消除磨面上的气泡。
在浸蚀过程中还可以观察到本来很光亮的磨面逐渐失去光泽，而变成灰黑色。
经过4～5秒后，取出试样，并迅速用清水冲洗。
并用电吹风吹干。
2.7观察金相组织
本次实验采用OLYMPUSGX51光学显微镜对试样的金相组织进行观察和拍照。
放大倍数分别为：
200倍，400倍，500倍。
2.8硬度测试
2.8.1设备
本次实验采用TH300洛氏硬度机
2.8.2条件
表2-4热处理条件
采用HRA，载荷60kg，保压2秒
采用HRC，载荷150kg，保压2秒
2.8.3方法
为了使数据准确，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。
为了使实验数值准确，本次实验每个试样打5次硬度。
第三章试验结果及分析
3.1退火金相组织结果及分析
20钢和20CrMnTi退火金相组织如下图所示：
c
a
d
b
图3.2920℃退火金相组织a）20钢200x;
b）20钢400x;
c）20CrMnTi200x;
d）20CrMnTi400x.
从图中可以看出：
20钢和20CrMnTi退火金相组织均为铁素体+珠光体。
但是20钢的珠光体的含量很少，仅出现在晶界的边缘。
随着含碳量的增加，20CrMnTi退火后，珠光体的含量增加，与铁素体均匀分布。
在机械性能上，由于铁素体较软，退火后20钢绝大部分是铁素体，因此硬度较低37.25（HRA），而退火后20CrMnTi铁素体含量减少，珠光体含量增加，因此硬度较高53.01（HRA）。
由于亚温淬火是亚共析钢在Ac
之间的温度加热淬火，是两相淬火。
因此，退火后出现的铁素体+珠光体组织，作为以后淬火的预处理。
3.2淬火金相组织结果及分析
3.2.1730℃淬火金相组织结果及分析
730℃淬火金相组如下图所示：
图3.2730℃淬火金相组织a）20钢200x;
从铁碳相图（图3-5）可以看出，730℃对于含碳量0.20%的20钢和含碳量0.23%的20CrMnTi均刚达到奥氏体转变温度，但是从图3-3和3-4中没有看见马氏体，说明没有发生奥氏体转变。
所以组织和退火状态一样：
铁素体+珠光体。
不能达到亚温淬火的要求。
图3-5铁碳平衡相图
3.2.2750℃淬火金相组织结果及分析
750℃淬火金相组织如图所示：
图3.3750℃淬火金相组织a）20钢200x;
d）20CrMnTi400x.
从20钢750℃淬火金相组织图可以看出：
少量的板条马氏体+铁素体，说明750℃奥氏体较少，这是由于淬火温度低，保温时间短，奥氏体较少，因此淬火后有少量的板条马氏体。
从20CrMnTi750℃淬火金相组织图可以看出：
这是由于微量元素Cr、Mo等使C曲线右移，使奥氏体转变成珠光体。
3.2.3770℃淬火金相组织结果及分析
770℃淬火金相组织如图所示：
图3.3770℃淬火金相组织a）20钢200x;
从图3.3.a、b中可以看出20钢770℃淬火金相组织：
板条状马氏体+铁素体，由于温度增加，奥氏体增多，使得淬火后，出现大量板条状马氏体。
从图3.3.c、d中可以看出20CrMnTi770℃淬火金相组织：
少量马氏体+铁素体+珠光体。
3.2.4790℃淬火金相组织结果及分析
790℃淬火金相组织如图所示：
图3.4790℃淬火金相组织a）20钢200x;
从图3.4.a、b中可以看出20钢790℃淬火金相组织：
马氏体+铁素体。
温度升高，引起奥氏体晶粒长大，淬火后得到块状马氏体。
从图3.4.c、d中可以看出20CrMnTi790℃淬火金相组织：
马氏体+铁素体+珠光体。
3.2.5810℃淬火金相组织结果及分析
810℃淬火金相组织如图所示：
图3.5810℃淬火金相组织a）20钢200x;
d）20CrMnTi400x.
从图3.5.a、b中可以看出20钢810℃淬火金相组织：
块状马氏体+铁素体。
随着淬火温度的提高，马氏体数量增多。
从图3.5.c、d中可以看出20CrMnTi810℃淬火金相组织：
810℃时奥氏体型核增多，淬火后有利于马氏体增加。
3.2.6830℃淬火金相组织结果及分析
830℃淬火金相组织如图所示：
图3.5830℃淬火金相组织a）20钢200x;
从图3.5.a、b中可以看出20钢830℃淬火金相组织：
从图3.5.c、d中可以看出20CrMnTi830℃淬火金相组织：
马氏体+残余奥氏体。
没有铁素体的存在，说明20CrMnTi在830℃淬火，已经进入完全淬火区。
3.3淬火温度对组织的影响
表3-2是20CrMnTi和20钢不同淬火温度下的组织：
表3-2淬火组织
温度/℃
组织
20钢
铁素体+珠光体
少量板条马氏体+铁素体
板条马氏体+铁素体
马氏体+铁素体
块状马氏体+铁素体
少量马氏体+铁素体+珠光体
马氏体+铁素体+珠光体
马氏体+少量铁素体
马氏体+残余奥氏体
从上表中可以看出：
（1）20CrMnTi淬火出现马氏体的温度较高，达到770℃，但从金相图中只能看到少量马氏体，但到790℃时，大部分铁素体溶入奥氏体，淬火后形成大量马氏体。
等过830℃时，就已经进入完全淬火区，己没有铁素体的存在。
（2）在730℃-750℃没有马氏体的出现，那是由于微量元素Cr，Mo等使C曲线右移，淬火时使奥氏体又转化成珠光体。
（3）淬火温度越高，所形成的组织越细。
这是由于是到温如炉加热，加热速度快，在较短的时间内达到较高的温度进行奥氏体化。
此时过热度大，奥氏体型核率高，由于时间短，晶粒来不及长大和均匀化。
激冷后得到的组织很细。
（4）20钢从750℃开始出现马氏体，随着温度的提高，淬火后马氏体逐渐增多。
3.4淬火温度对硬度的影响
表3-3是不同淬火温度下20钢、20CrMnTi对应的硬度值：
表3-3淬火硬度值（HRC）
730℃
750℃
770℃
790℃
810℃
830℃
2.
升级会员 