热处理制度对T10钢组织和硬度的影响实验.docx
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热处理制度对T10钢组织和硬度的影响实验
热处理制度对T10钢组织和硬度的影响实验
一、实验目的
1.论述T10钢球化退火和780℃淬火后的组织和硬度。
2.探索了改变原始组织和热处理工艺（淬火温度）对其的影响。
二、概述
T10钢是一种最常用的工模具钢，热处理后要求有高的硬度59—65HRC、强度、耐磨性及适当的韧性等；T10钢ACm为800℃，通常采用球化退火、Ac1+（30~50）℃淬火及170℃~200℃回火的传统热处理工艺。
通常认为这可使钢获得具有最佳配合的强度和韧性。
一些工厂的生产实践表明，T10钢制冷变形模具使用寿命较低，易出现壁裂、崩刃和折断等，以致过早报废。
为此，我们探索改进T10钢的热处理工艺。
三、实验步骤
二实验过程
1.试验方法
试验用T10钢的成分见表1。
选用粒状珠光体及片状珠光体两种原始组织，前者试样仅用780℃传统工艺淬火，而后者试样则用740、780、840、900℃四种淬火温度，随后进行机械性能检测试验。
表1T10钢的化学成分
成分
C
Si
Mn
P
S
含量
1.026%
0.22%
0.22%
0.21%
0.15%
2.试样的热处理
2.1预备热处理
2.2.1正火
T10钢的ACm为800℃，正火温度约为ACm+30~50℃，故取840℃。
用下列经验公式计算加热时间：
公式中T——加热时间，min；
a——加热时间系数，min/mm，（碳钢取0.8~1.2min·mm-1）；
K——装炉修正系数；
D——工件有效厚度，mm。
正火工艺参数见表2，工艺曲线见图1。
表2正火工艺参数
工艺
正火
参数
加热温度/℃
保温时间/min
冷却方式
正火炉
840
40
空冷
箱式炉
温度T/℃
时间t/min
图1正火工艺曲线
正火后组织图见图2
图2正火后组织（×400）
2.1.2球化退火
T10钢锻坯经10kw箱式电炉等温球化退火，在770℃保温2h，再冷到680℃，保温4小时，出炉空冷。
机械加工后的机械性能、淬透性及金相试样，一部分按传统工艺热处理，以作对比。
球化退火工艺参数见表2。
球化退火工艺曲线见图3。
时间t/min
图3球化退火工艺曲线
球化退火后组织如图4所示
图4等温球化退火后组织（×400）
2.2最终热处理
所有试样在箱式炉内进行最后热处理，等温球化退火试样淬火加热780℃，正火试样淬火加热分别为740、780、840、900℃保温，用水淬火，200℃回火，然后磨加工到规定尺寸。
每种工艺每个试验都取4个试样的平均值。
最终热处理工艺参数见表3。
用下列经验公式计算淬火加热时间：
公式中T——加热时间，min；
a——加热时间系数，min/mm；碳钢取0.8~1.2min·mm-1
K——装炉修正系数；
D——工件有效厚度，mm。
表3T10钢最终热处理工艺规范
序号
原始组织
淬火
加热温度/℃
时间/min
冷却介质
淬火炉
1
片状珠光体
740
30
水
箱式炉
2
780
3
840
4
900
5
粒状珠光体
780
片状珠光体在淬火后组织如图图5
740℃淬火（×400）
780℃淬火（×400）
840℃淬火（×400）
900℃淬火（×400）
图5片状珠光体在淬火后组织
粒状珠光体淬火后组织如图6
780℃淬火（×400）
图6粒状珠光体淬火后组织
3.性能试验方法
检测各零件的硬度及观察各个显微组织，在HR150—A型洛氏硬度计上测定其硬度值，在XJL—02型金相显微镜上拍摄显微组织照片及测晶粒度。
其它机械性能试样断后也进行显微组织观察，并测了试样心部硬度。
淬火后硬度、晶粒度和组织检测结果见表5。
序号
原始
组织
热处理
规范
硬度
（HRC）
金相组织
1
P片
740℃
淬火
51
细针状M+细板条M+Ar+碳化物
2
780℃
淬火
52
细针状M+细板条M+Ar+碳化物
3
840℃
淬火
53
针状M+Ar
4
900℃
淬火
50
针状M+Ar
5
P粒
等温球化+780℃淬火
52.5
针状M+Ar
三结果分析
1组织分析
改变T10钢原始组织及奥氏体化温度,导致了马氏体组织结构发生变化。
（1）当原始组织为片状珠光体时,在740℃、780℃加热未完全奥氏体化，奥氏体含碳量不高，得到细针状、细小板条状马氏体；在840℃、900℃淬火后，碳完全融入奥氏体中，得到针状马氏体,且由于温度升高，得到的组织较740℃、780℃淬火后组织粗大；900℃在淬火时，温度过高，奥氏体晶粒粗大，晶界过热，所以淬火后晶粒更加粗大，晶界出现弱化现象，如图5。
（2）当原始组织为粒状珠光体时,780℃淬火后的马氏体形态为针状马氏体，其组织较均匀，如图6。
4.2硬度分析
奥氏体化温度升高，奥氏体中碳含量增加，使硬度值有所增加，故740℃、780℃、840℃的硬度逐渐增加；900℃加热，Ar晶粒粗大淬火后得到组织硬度反而降低。
四结论
综上所述，与传统球化退火工艺相比，片状珠光体淬火得到的组织硬度与其不同，在与传统工艺相同淬火温度得到的组织，硬度较传统工艺稍小，但在840℃下可得到硬度更大的组织。
随温度增加，片状珠光体组织淬火后硬度逐渐增加，在840℃淬火时硬度达到最大，在900℃淬火会因为组织过于粗大而使硬度降低。
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