碳钢的热处理实验报告.docx
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碳钢的热处理实验报告
碳钢的热处理实验报告■（恢复）
金属热处理实验报告
张金垚
41030165
材控102班
热处理实验报告（T8钢300℃回火）
、实验目的
1、了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。
2、研究含碳量、加热温度、冷却速度、回火温度对钢热处理后性能的影响。
3、掌握洛氏硬度机的使用方法。
观察热处理后钢的组织特征。
二、实验原理
1、钢的淬火
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＋
30～50℃，若加热温度不足（低于），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＋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碳钢在箱式电炉中加热时间的确定
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
1100
300
（18℃）
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
2、钢的回火钢经淬火后得到的马氏体组织硬而脆，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由于变形引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。
因此钢淬火后必须进行回火处理。
不同的回火工艺可以使钢获得所需的性能。
表4－2为45钢淬火后经不同温度回火后的组织及性能。
表345钢经淬火及不同温度回火后的组织合和性能
类型
回火温度（℃）
回火后的组织
回火后硬度（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
硬度高，内应力减小
中温回火
350～
500
回火屈氏体
35～45
硬度适中，又较高的弹性
高温回火
500～
650
回火索氏体
20～33
具有良好塑性、韧性和一定强度相配合的综合性能
对碳钢来说，回火工艺的选择主要是考虑回火温度和保温时间这两个因素。
回火温度：
在实际生产中通常以图纸上所要求的硬度要求作为选择回火温度的依据。
各种钢材的回火温度与硬度之间的关系曲线可从有关手册中查阅。
几种常用的碳钢（45、T8、T10和T12钢）回火
温度与硬度的关系如表4所示。
表4各种不同温度回火后的硬度值（HRC）
回火温度
（℃）
45钢
T8钢
150～
200℃
60～54
64～60
200～
300℃
50～40
55～45
300～
400℃
50～40
55～45
400～
500℃
40～33
45～35
500～
600℃
33～24
35～27
也可以采用经验公式近似地估算回火温度。
例
如45钢回火温度的经验公式为：
T（℃）≈200＋K（60－χ）式中：
K——系数，当回火后要求的硬度值＞HRC30时，K=11；＜HRC时，K=12。
χ——所要求的硬度值（HRC）。
保温时间：
回火保温时间与工件材料、尺寸及工艺条件等因素有关，通常采用1～3小时。
由于实验所用试样较小，故回火保温时间可为30分钟，回火后在空气中冷却。
三、实验内容及步骤
（1）、将试样加热到760℃一段时间后，将其取出水冷。
（2）、将试样加入到加热炉中，在300℃下保温
45min。
然后取出空冷。
（3）、用砂纸磨光试样表面，使其表面划痕方向一致。
在洛氏硬度机上测定硬度值，将其填入表中。
（4）、将试样在磨机上打磨，然后置于抛光机上抛光，至其表面如同镜面一样光滑。
（5）、用硝酸酒精侵蚀试样表面，然后在金相显微镜下观察其表面形貌，拍下组织图。
四、实验结果及分析
T8钢水冷淬火后硬度：
64.1HRC300℃回火后的硬度：
53.2HRC组织图：
附后页
1、画出45、40CrNi、T8回火温度和硬度的关系图:
量的增加，钢淬火后硬度也增加。
加入合金元素后，钢回火后的硬度增加。
3、针对本人所用的热处理工艺以及材料分析所得的硬度是否合理，并结合显微组织加以分析。
答：
实验结果是合理的。
由显微组织可以看出，组织呈黑色针状，各针之间有一定交角，类似于片状马氏体的回火组织，如后面显微组织图所示。
在针状铁素体内成行的分布着细片状或颗粒状的碳化物，沿着与铁素体长轴成55°-60°角方向整齐的排列着。
下贝氏体硬度55HRC到45HRC之间，实验中测得为53.2HRC，因此是正确的。
五、实验设备及材料
箱式电阻炉、洛氏硬度机、金相显微镜、淬火的水槽、油槽、45、40CrNi、T8抛光机、各型号砂纸、抛光磨料、试样、浸蚀剂、吹风等。
六、注意事项
1、本实验加热所用设备为电炉，电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。
2、往炉中放，取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。
3、试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。
4、试样在淬火液中应不断搅动，以免试样表面由于冷却不均而出现软化点。
5、淬火时水温应保持20～30℃左右，水温过高要及时换水。
6、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮后再测定硬度值。
七、总结报告通过此次实验，我对淬火和回火两种热处理工艺的了解更深一步，同时，也增加了我磨样的能力，懂得试样表面要磨到什么程度进行抛光，抛光到什么程度可以侵蚀。
使我能够将理论和实践有效的结合起来。
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