基本热处理对45钢组织和性能影响.docx
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基本热处理对45钢组织和性能影响
作者：
学号：
班级：
材料成型6班
小组成员：
关键词
45钢、热处理、组织、性能、正火、淬火、回火。
摘要
热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。
热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能和工艺性能。
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，使得钢的组织和性能发生改变。
45钢经过热处理后组织、性能也会发生显著变化。
在热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方法是最重要的三个基本工艺因素，正确选择规范，是保证工件获得合格性能的关键。
本文将介绍本次45热处理过程、问题分析和结果。
通过45钢基本热处理结果来验证热处理给45钢的组织和性能的影响。
同时着重介绍45钢的水淬（860℃）和中温回火（400℃）。
15mm
一、式样
直径15mm高25mm的45钢圆形棒料
25mm
二、处理工艺选择
860℃加热保温15min，直接在水中冷却至室温，然后中温400℃回火1h。
三、实验原理
所谓淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（V冷应大于V临），以获得马氏体组织。
碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。
为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：
淬火加热的温度、保温时间和冷却速度。
（1）淬火温度的选择
选定正确的加热温度是保证淬火
质量的重要环节。
淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据相图确定（如图4所示）。
对亚共析钢，其加热温度为Ac3＋30～50℃，若加热温度不足（低于Ac3），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。
对过共析钢，加热温度为Ac1＋30～50℃，淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。
后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。
（2）保温时间的确定
淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。
加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。
表1碳钢在箱式电炉中保温时间的确定
加热
温度（℃）
工件形状
圆柱形
方形
板形
保温时间
分钟/每毫米直径
分钟/每毫米厚度
分钟/每毫米厚度
700
1.5
2.2
3
800
1.0
1.5
2
900
0.8
1.2
1.6
1000
0.4
0.6
0.8
（3）冷却速度的影响
冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和性能。
冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个
前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内应力，防止变形和开裂。
为此，可根据C曲线图（如图2所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（650～550℃）进行快冷（即与C曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300～100℃）时冷却速度则尽可能小些。
为了保证淬火效果,应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火等）。
不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却速度有所差别。
各种冷却介质的特性见表2。
表2几种常用淬火介质的冷却能力
冷却介质
在下列温度范围内的冷却速度（℃/秒）
650～550℃
300～200℃
18℃的水
600
270
50℃的水
100
270
10％NaCl水溶液（18℃）
1100
300
10％NaoH水溶液（18℃）
1200
300
10％NaoH水溶液（18℃）
800
270
蒸馏水（50℃）
250
200
硝酸盐（200℃）
350
10
菜籽油（50℃）
200
35
矿务机油（50℃）
150
30
变压器油（50℃）
120
25
根据上述过程，本次45钢淬火温度选择860℃，冷却介质选择水（温度在20℃左右）。
（5）45钢淬火组织
图号：
45-01
腐蚀剂：
4%硝酸酒精
处理：
860℃加热保温后淬火
组织：
马氏体组织
光学放大倍数：
400x
图号：
45-02
腐蚀剂：
4%硝酸酒精
处理：
860℃加热保温直接在柴油淬火
组织：
基体为中碳马氏体、少量残余奥氏体
光学放大倍数：
400x
（6）回火温度选择
钢经淬火后得到的马氏体组织质硬而脆，并且工件内部存在很大的内应力，如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂；一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。
因此淬火钢必须进行回火处理。
表3为45钢淬火后经不同温度回火后的组织及性能
类型
回火温度（℃）
回火后的组织
回火后的硬度（HRC）
性能特点
低温回火
150~250
回火马氏体+残余奥氏体+碳化物
60~57
高硬度，内应力减小
中温回火
350~500
回火屈氏体
35~45
硬度适中，有高的弹性
高温回火
500~650
回火索氏体
20~33
具有良好塑性、韧性、和一定强度配合的综合性能
本次试验中本人选用400度中温回火
四、试验设备
1.箱式电阻炉及控温仪表；
2.洛氏硬度机；
3.冷却剂：
水；
4.式样：
45钢；
5.打磨机、抛光机、砂纸、金相显微镜。
五、结果及分析
（1）观察组织
图号：
45-01
腐蚀剂：
4%硝酸酒精
处理：
860℃加热保温后淬火
组织：
马氏体组织
光学放大倍数：
400x
860℃淬火组织
图号：
45-03
腐蚀剂：
4%硝酸酒精
处理：
860℃淬火后400℃回火
组织：
回火屈氏体
光学放大倍数：
400x
中温400℃回火
遇到的问题：
在淬火过程中，淬火后的组织中出现了块状铁素体组织，附金相照片如下：
经反复试验排除了加热温度不够和保温时间不足等原因。
最后分析认为，出现此种情况可能由冷却速度不够造成，原因可能有：
1.从炉中取出样品放入水中动作较慢，入水时样品温度下降；2.冷却水温度较高，冷却能力明显下降（参见表2）。
3.样品在水中冷却时未进行搅动。
改正以上几点后重新试验问题得以解决。
（2）打硬度
硬度
次数
根据图表得到硬度在41HRC左右
六、实验结论
通过本次实验，有效地学习了钢基本热处理工艺过程和观察金相方法等，将知识与实践紧密结，增加了个人实践能力。
同时通过对45钢淬火和回火组织的观察与分析以及硬度测试，进一步认识了热处理工艺对刚材料的组织和性能的影响。
此外，学会了一些仪器的调试和使用方法，大大的方便了我们的学习和以后的工作。
我们该了解到热处理工艺过程的设计要根据我们所要得到的材料组织和性能以及设备、经济条件等进行。
致谢：
感谢在实验中指导老师给予的悉心指导，尤其是对综合实验思想的启发给予了很大的支持和帮助，感谢本实验小组成员在实验过程中团结协作，共同出力，互相帮助
参考文献：
1.[2011]长安大学材料学院材料成型与控制工程专业《综合实验》指导书张翔
2.[1990]金属热加工工艺李林章、柏思森陕西省人民教育出版社
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