07金屬材料熱處理實驗七綜合性實驗熱處理工藝對碳鋼的

1、實驗綜合性實驗熱處理工藝對碳鋼的顯微組織和性能的影響一、實驗?zāi)康?、了解熱處理工藝對鋼的顯微組織和性能的影響；2、熟悉熱處理的基本操作規(guī)程。二、實驗說明熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法。熱處理的主要目的是改變鋼的性能，熱處理工藝的特點 是將鋼加熱到一定溫度，經(jīng)一定時間保溫，然后以某種速度冷卻下來，從而達(dá)到改變鋼的性能的目 的。研究非平衡熱處理組織，主要是根據(jù)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線來確定。熱處理之所以能使鋼的性能發(fā)生顯著變化，主要是由于鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了的一系列的變化。 采用不同的熱處理工藝，將會使鋼得到不同的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理基本工藝方法可分為退火、正火、淬火和

2、回火等。（一）碳鋼熱處理工藝1、加熱溫度亞共析鋼加熱溫度一般為Ac3+30-5OC,過共析鋼加熱溫度一般為Ac 1+ 30-5OC（淬火）或Acm+50-100 C（正火）。淬火后回火溫度有三種，即：低溫回火（150-250C ）、中溫回火（350-500C ）、高溫回火（500-650 C ）。實際生產(chǎn)中可根據(jù)鋼種及要求作適當(dāng)調(diào)整。2、保溫時間在實驗室中，通常按工件有效厚度，用下列經(jīng)驗公式計算加熱時間：t=a?D式中t-加熱時間（min）a-加熱系數(shù)（min/mm ）D-工件有效厚度（mm）淬火后回火保溫時間，要保證工件熱透，使組織充分轉(zhuǎn)變，一般為13小時，實驗時，可酌情減少。3、冷卻方式鋼

3、退火采用隨爐冷卻到600-550C以下再岀爐空冷。正火采用空中冷卻。淬火時常用水或鹽水冷卻，合金鋼常用油冷卻。（二）碳鋼熱處理后的組織1、珠光體型組織過冷奧氏體在高溫區(qū)（Ar 1至C曲線鼻尖）轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。隨著奧氏體在冷卻時過冷度的增加，依次得到珠光體、索氏體、屈氏體。他們都是鐵素體與滲碳體的細(xì)密機械混合物，但鐵素體與滲碳 體的片層間距依次減小，組織的強度、硬度遞增。2、貝氏體型組織過冷奧氏體在中溫區(qū)（C曲線鼻尖與馬氏體轉(zhuǎn)變點 Ms）進(jìn)行等溫淬火轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。貝氏體也是鐵素體和滲碳體的機械混合物。（1）上貝氏體：是在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)稍下溫度等溫形成的。在光學(xué)顯微鏡下可觀察 到成束的鐵素體向奧氏體晶內(nèi)伸

4、展，呈羽毛狀。（2）下貝氏體：是在馬氏體轉(zhuǎn)變點（Ms稍上的溫度形成的。在光學(xué)顯微鏡下呈灰黑 色針狀或竹葉狀。與上貝氏體相比，下貝氏體不僅具有較高的硬度、強度、耐磨性，且有較高的韌性及塑性。3、馬氏體組織過冷奧氏體在低溫區(qū)（Ms以下）轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。馬氏體是碳在鐵素體中的過飽和固溶體。馬氏體組織形態(tài)主要有兩種：（1）片狀馬氏體：高碳馬氏體，主要在高碳鋼淬火組織中形成。在光學(xué)顯微鏡下觀察呈針狀或竹葉狀。馬氏體針的粗細(xì)程度取決于淬火加熱溫度。例如T10鋼在淬火加熱溫度較低時（如760 C）由于奧氏體中的碳濃度不均勻，在光學(xué)顯微鏡下分 辨不出它的形態(tài)，稱之為隱針馬氏體；淬火溫度稍高時（820 C）可見到短

5、針狀馬 氏體；若淬火溫度提高到1000 J由于奧氏體晶粒粗大，從而獲得粗大的馬氏體。 片狀馬氏體性能較硬且脆。（2）板條馬氏體：又稱低碳馬氏體。主要在低碳鋼淬火組織中形成。在光學(xué)顯微 鏡下觀察呈一束束相互平行的細(xì)長條狀。一個奧氏體晶粒內(nèi)可由幾束不同取向的馬 氏體群，且束與束之間有較大的位相差。它不僅具有較高的強度與硬度，還具有良 好的韌性與塑性。淬火組織中總會有一定數(shù)量的殘余奧氏體，并且隨著鋼中含碳量的增加，淬火溫度的提高，殘余奧 氏體的相對量也會增加，殘余奧氏體不易受硝酸酒精的侵蝕，在光學(xué)顯微鏡下呈白亮色，無固定形 態(tài)，難以與馬氏體區(qū)分，因此常常需回火后才可分辨岀馬氏體間的殘余奧氏體。4、回

6、火組織：鋼淬火后一般都需要經(jīng)回火才能滿足性能要求。根據(jù)回火溫度的高低，回火組織可 分為以下幾類：（1）回火馬氏體：在150-250 C回火時形成的組織為回火馬氏體。它是由極細(xì)小的 彌散的&碳化物和aFe組成?；鼗瘃R氏體易于腐蝕，一般呈黑色，且保留原淬火針 狀馬氏體或淬火板條馬氏體的形態(tài)，在光學(xué)顯微鏡下難以辨出其中的碳化物相。具 有較高的強度及硬度，且脆性較低。(2) 回火屈氏體：在350-450 C回火時形成的組織為回火屈氏體。它是由細(xì)片狀或 細(xì)粒狀滲碳體和鐵素體組成。在光學(xué)顯微鏡下，碳化物顆粒仍不易分辨，但可觀察 到保持馬氏體形態(tài)的灰黑色組織，且馬氏體形態(tài)的邊界不十分清晰。它具有較高的 屈服

7、強度、彈性極限和韌性。(3) 回火索氏體：在550-650 C回火時形成的組織為回火索氏體。它是由粒狀滲碳 體和鐵素體組成。在較高倍數(shù)的光學(xué)顯微鏡下可以觀察到滲碳體的顆粒，此時馬氏 體形態(tài)已消失，600C以上回火時，組織中的鐵素體為等軸晶粒。工業(yè)上稱之為調(diào)質(zhì) 處理?；鼗鹚魇象w具有優(yōu)良的綜合性能。三、實驗設(shè)備及材料1、箱式加熱爐、井式加熱爐、淬火水槽、淬火油槽、砂輪機、拋光機、布氏硬度 計、讀數(shù)顯微鏡、洛氏硬度計、金相顯微鏡；2、H0X10mm45鋼、T10鋼試樣，魚0X10mm45鋼試樣，金相圖片、金相砂紙，侵蝕 劑。四、實驗內(nèi)容及步驟1、全班分四組，每組領(lǐng)取試樣一套，并打上鋼號，以免混淆；2

8、、將一個 員0X20mm、45鋼試樣加熱到 840 C并保溫30后，取岀空冷；3、將兩個 機0X10mm、45鋼試樣加熱到840 C并保溫10后，分別進(jìn)行油淬和水淬；4、三個|10X10mm、45鋼試樣加熱到 840 C并保溫10后，水淬，再分別進(jìn)行180 C、420C 600 C加熱保溫1小時空冷；將以上試樣分別用砂輪機磨平后測出硬度并記錄在表7-2 ；5、按表7-1所列金相試樣在顯微鏡下觀察金相組織。表7-1 45鋼不同熱處理下的顯微組織特征序號鋼號處理方式顯微組織145退火珠光體+鐵素體245正火細(xì)珠光體+鐵素 體345840油淬馬氏體+屈氏體445840水淬馬氏體+殘余奧 氏體5458

9、40水淬+200回火回火馬氏體645840水淬+420回火回火屈氏體745840水淬+600回火回火索氏體8451250水淬板條馬氏體+殘 余奧氏體以上試樣均由4%硝酸酒精侵蝕。五、實驗報告與要求1、列岀實驗結(jié)果，并說明各種熱處理工藝對碳鋼的顯微組織和性能的影響；2、繪岀所給試樣顯微組織示意圖，用箭頭表明圖中的各組織組成物，并注明成分、熱處理工 藝、顯微組織、放大倍數(shù)及侵蝕劑；3、談?wù)剬嶒烍w會。材質(zhì)熱處理工藝表7-2 45鋼經(jīng)不同熱處理后的性能及顯微組織洛氏（HRC ）或布氏（HB ） 顯微組硬度織3平均45840 C水淬840 C油淬840 C水淬 + 180 C 回840 C水淬+420 C 回840 C水淬+600 C 回正火45六、實驗注意事項1、試樣淬火時，一定要用夾鉗夾緊，動作要迅速，并在冷卻介質(zhì)中不斷攪動；2、測硬度前，必須用砂輪或砂紙將試樣表面的氧化皮除去并磨光