碳钢的热处理 2.docx
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碳钢的热处理2
碳钢的热处理
一、实验目的
1.了解碳钢的基本热处理工艺方法
2.研究冷却条件与钢性能的关系
3.分析淬火和回火温度对钢性能的影响
二、实验设备和试件
1.实验设备：
SX-10M-2.5型箱试电阻炉
2.试件：
45钢、30钢及T8钢试件各一件
3.45钢淬火后的试件三件
三、实验原理
热处理是一种重要的金属加工工艺方法，目的是提高钢的性能（使用性能和工艺性能）。
钢的热处理的工艺特点是，将钢加热到一定的温度，保温一定的时间，然后以一定的冷却速度进行冷却。
通过该工艺过程使钢的性能发生改变。
四．实验内容和步骤
（一）钢的淬火热处理
淬火热处理就是把碳钢加热到AC3或者AC1以上30-50°C，保温后放倒不同的冷却介质中进行快速冷却（冷却速度大于临界冷却速度），以得到马氏体组织（M）。
淬火后的组织为马氏体和残余奥氏体。
1.淬火温度的确定
根据材料的不同，在表1中查得其临界温度AC3或者AC1，然后加上40°C，就可以得到其加热温度。
亚共析钢（45钢，30钢）：
加热温度=AC3+40°C
过共析钢（T10钢）：
加热温度=AC1+40°C
所以最终30钢的加热温度=°C+40°C=
45钢的加热温度=°C+40°C=
45钢的加热温度=°C+40°C=
2.保温时间的确定
零件随炉子加热达到所需的加热温度以后，还要进行一段时间的保温，以保证整个零件均匀充分地达到所需要的温度。
显然保温时间跟工件的大小和形状有关系。
通过测量零件的尺寸，然后查表2，计算试件的保温时间。
零件的尺寸为直径二十毫米的圆柱形零件，所以30钢、45钢、T10钢的保温时间分别为：
3.冷却介质的选择
冷却是淬火的关键工序。
它直接影响淬火后的钢的性能。
淬火的冷却速度要大于临界冷却速度，以获得过冷马氏体组织。
同时在冷却过程中还要控制结晶过程中内应力的产生，防止变形和开裂的发生。
为了保证淬火效果，应选择合适的冷却介质和冷却方法。
本实验中我们选择室温下的水作为冷却介质。
4.工件放入炉中，设定电炉温度控制器的加热控制温度，开始加热。
5.电炉达到设定温度后，开始保温的计时
6.工件出炉，快速放入水中冷却。
（二）钢的回火热处理
钢在淬火后得到的马氏体组织硬而脆，且工件内部有很大的内应力。
回火的目的是消除内应力，适当降低硬度，改善加工性能。
根据不同的工艺要求，回火分为高温回火，中温回火和低温回火三种工艺方法，其温度的选择及组织性能的变化见表3.
回火的冷却方式为空冷，即工件出炉后放在室温下慢慢冷却。
1.工件放入炉中，设定电炉温度控制器的加热控制温度，开始加热。
2．电炉达到设定温度后，开始保温的计时，保温时间为30分钟
3.工件出炉，放在室温下慢慢冷却。
表1.各类碳钢的临界温度
钢号
临界温度°C
AC1
AC3/Accm
Ar1
Ar3
20
735
855
680
835
30
732
813
677
835
40
724
790
680
796
45
725
760
690
750
50
725
760
690
750
60
727
760
695
721
T7
730
770
700
T8
730
700
T10
730
800
700
T12
730
820
700
表2.保温时间计算经验值表
加热温度（°C）
工件形状
圆柱形
方形
板形
保温时间
分钟/毫米直径
分钟/毫米厚度
分钟/毫米厚度
700
1.5
2.2
3
800
1.0
0.5
2
900
0.8
1.2
1.6
1000
0.4
0.6
0.8
表3.45#钢淬火后不同温度回火后组织性能的变化
回火温度
回火后的组织
回火后的硬度HRC
性能特点
150-250
回火马氏体+残余奥氏体+碳化物
57-60
高硬度,内应力减小
350-500
回火屈氏体
35-45
硬度适中,高弹性
500-650
回火索氏体
20-30
良好的塑性韧性和一定强度配合得综合性能
铁碳合金平衡组织观察
一、实验目的
1.研究和了解铁碳合金平衡状态下的微观组织
2.分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的关系。
二、实验仪器设备
1.倒置式金相显微镜
2.标准金相试样及金相照片图
三、实验内容
在金相显微镜下观察与分析铁碳合金的平衡组织的组成及显微组织形态，并画出观察到的金相图。
四、实验结果
（要求画出金相图像，请参考教材57页的手绘图，画出其组织形态特征就可以了，大小统一为一元钱银币大小即可。
）
下表为几种典型铁碳合金平衡组织的描述，供同学们参考，实验报告里不用写
一、Fe—Fe3C相图平衡组织
序号
材料
状态
组织说明
1
工业纯铁
退火
F．白色等轴晶为F晶粒，黑色网络为晶粒之间的边界，即晶界。
晶界原子排列不规则，自由能高，易浸蚀，形成凹槽，故呈黑色。
其上有黑色小点的氧化物。
2
20钢
退火
F+P。
白色晶粒为F，黑色块状为片状P。
放大倍数低，P的层片结构未显示出来。
20钢含碳量低，F占76%，P占24%，所以显示出了黑色网络的F晶界。
3
45钢
退火
F+P。
白色晶粒为F，黑色块状为片状P。
P的层片结构，亦未明显显示。
45钢含碳量比20钢多，F下降到42.7%，P增到57.3%
4
65钢
退火
F+P。
白色基体为片状P。
白色呈网络状分布的为F。
P片层结构亦未明显显示。
65钢含碳量接近共析成分，基体组织中的P明显增加，已达84%，F量相应减少。
F仅为16%。
5
T8钢
退火
片状P。
P是F与Fe3C相同排列的机械混合物。
F为白色，Fe3C为黑色，两者呈片状相间排列，形如指纹。
它是高温A进行共析反应的产物。
有的试样含碳量偏下限，会有少量的F出现。
当物镜的鉴别能力小于Fe3C片层厚度，Fe3C呈黑色片条状。
当物镜的鉴别能力大于Fe3C片层厚度，则白色Fe3C条片会明显显示出来。
6
T12钢
退火
P+Fe3CII。
黑白相间的层片状基体为P。
晶界上的白色网络为Fe3CII。
T12为过共析钢，共析反应前，Fe3CII首先沿A晶界呈网络状析出。
嗣后，随着温度的下降到共析温度，发生共析反应，剩余A全部转变为片条状P。
网状Fe3CII可采用正火处理清除。
7
T12钢
退火
P+Fe3CII。
用碱性苦味酸钠溶液浸蚀。
Fe3C染成黑色，Ｆ仍保留白色。
故黑色网络为Fe3CII，余为Ｐ。
浸蚀浅，层片状Ｐ未显示呈灰白色。
8
亚共晶生铁
铸态
P+Fe3CII+Ld`。
斑点状基体为共晶Ld`，黑色人枝晶为P，系初生A转变产物，故成大块黑色。
Fe3CII与Ld`中的Fe3C连成一片，均成白色，不能分辨。
它随着生铁中含碳量增加，P量减少，Ld`增多。
9
共晶生铁
铸态
共晶Ld`是由P+Fe3CII+Fe3C组成。
P由共晶A进行共析转变而来，组织细小，成圆粒及长条分布在渗碳体基体上，为黑色。
Fe3CII共晶Fe3C均为白色，连成一起，无法分辨。
其P与Fe3C的相对含量为：
Fe3C60%，P40%。
10
过共晶生铁
铸态
Fe3CI+Ld`。
由于Fe3CI首先结晶出来，结晶过程中不断成长，故呈白亮色粗大的板条状，而Ld`认为黑白相间的斑点状。
试样1#：
放大倍率：
200X
材料：
工业纯铁
状态：
退火
组织：
铁素体
浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液
试样3#：
放大倍率：
450X
材料：
45钢
状态：
退火
组织：
铁素体+珠光体
浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液
试样5#：
放大倍率：
800X
材料：
T8钢
状态：
退火
组织：
珠光体
浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液
试样6#：
放大倍率：
450X
材料：
T12钢
状态：
退火
组织：
珠光体+二次渗碳体
浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液
试样8#：
放大倍率：
450X
材料：
亚共晶生铁
状态：
铸态
组织：
珠光体+二次渗碳体+莱氏体
浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液
试样9#：
放大倍率：
200X
材料：
共晶生铁
状态：
铸态
组织：
共晶莱氏体
浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液
试样10#：
放大倍率：
200X
材料：
过共晶生铁
状态：
铸态
组织：
一次渗碳体+共晶莱氏体
浸蚀剂：
4%硝酸酒精溶液
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