熱處理實驗報告

1、熱處理實驗報告材料成分和熱處理工藝對鋼組織與性能的影響一、實驗?zāi)康?. 了解熱處理設(shè)備和幾種熱處理工藝（正火，回火，淬火）的實際操作。2. 了解材料成分、熱處理工藝、組織和性能之間的關(guān)系。3. 熟悉冷卻條件對鋼組織與性能的影響。4. 初步熟悉洛氏硬度計的使用方法。5. 利用金相顯微鏡觀察鋼組織。二、實驗原理鋼的淬火：鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度 Ac3（亞共析鋼）或Ac1 （過共析鋼） 以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速 度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱 處理工藝。淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體

2、 或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐 磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。 鋼的淬火有三個重要的影響因素：加熱溫度，保溫時間，冷卻速度。加熱溫度：亞共析鋼加熱溫度為 Ac3溫度以上3050C。高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體 （A）區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac1、低于Ac3溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全（或亞臨界）淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上3050C,這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體 （A+C）雙相區(qū)。因而

3、過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體 基體上分布滲碳體的組織。淬火保溫：淬火保溫時間 由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率等多 種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。 對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組 織。加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影 響淬火后的性能。-般鋼件奧氏體晶粒控制在58級。冷卻速度：要使鋼中高溫相一一奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相一一馬氏體，冷卻 速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度 有-定差異，如果這種差異足夠大，

4、則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬 氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面 上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足 夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力， 可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和 冷卻方式。77TC 143旳圖2.2淬火加圖2.1冷卻速度的影響 熱溫度范圍三、實驗材料與設(shè)備 實驗材料: 試樣為直徑14mm勺40CrNi鋼圓柱形樣品。樣品成分如下：C: 0.370.44，Si: 0.17 0.37，Mn 0.50 0.80，Cr: 0.45 0.75，Ni

5、 : 1.00 1.40。實驗設(shè)備:1.40CrNi（ 14mm鋼試樣;2. 箱式加熱爐；3. 洛氏硬度計；4. 金相顯微鏡及數(shù)碼照相系統(tǒng)；5. 磨光機(jī)及金相砂紙(60#, 150#, 240#, 400#, 600#, 800#);6. 拋光機(jī)及拋光液；7. 浸蝕劑、酒精、玻璃器皿、竹夾子、脫脂棉、濾紙等。實驗步驟：要求根據(jù)所學(xué)的熱處理知識，制定合理的滿足所需纖維組織要求的熱處理工藝，并利用洛氏硬度計測試熱處理工藝后的洛氏硬度，制備金相試樣 并利用金相顯微鏡觀察顯微組織。我們組所選的鋼為40CrNi。第一步：淬火處理。將樣品加熱到 860E，而加熱時間與鋼的成分、工件的形狀 尺寸、所需的加熱

6、介質(zhì)及加熱方法等因素有關(guān)，一般可按照經(jīng)驗公式來估算。樣品直徑14mm,T=KAD式中T保溫時間(min) ； K裝爐系數(shù)(通常取 1.01.5 )； A保溫系數(shù)(空氣爐中加熱碳素鋼取1.01.2 ,合金鋼取1.21.5 ) D零件有效厚度。為保證好的加熱特性可選擇保溫時間為 30min左右。第二步：冷卻處理。我們組選擇的是油冷。將樣品放在機(jī)油中上下晃動，直至冷卻介質(zhì)在下列溫度范用內(nèi)的冷卻速度7 C鬲)300 200 'C1的水6(H)2701岡工的水)00270水港液(1RT )1 ton300水諧液(J8T)J 20030010%NaoH 水潘液 C18V)L8CK27Q裁懦水(S0

7、V )20()艄酸鹽czoor)350 10菜桿油<50"C>200|35務(wù)機(jī)油(和址1刃30變壓器油(50C)12C2B冷卻至室溫。常用的幾種淬火冷卻介質(zhì)冷卻能力見下表。表3.1淬火介質(zhì)冷卻能力硬度測定：試樣冷卻至室溫后，將其在砂紙上打磨，先用 60#砂紙，逐次加大砂 紙型號，直至800#，每換一次砂紙就將試樣旋轉(zhuǎn)90度。打磨完后放在洛氏硬度計下測試:共測4次，去后三個平均值即為洛氏硬度值。如下測試次數(shù)1| |234平均值硬度值/HRC40.551.453.053.352.6表3.2洛氏硬度測試值顯微組織觀察與記錄：樣品制備：將上次在洛氏硬度計測量過的樣品在磨光機(jī)上拋光

8、，是樣品表面達(dá) 到如鏡子般光亮。然后用 4%硝酸酒精侵蝕劑侵蝕至光亮鏡面變成白灰色，侵蝕 適宜時間后用無水酒精擦凈，再用自來水沖洗干凈。顯微鏡下觀察并拍照記錄：制備好的樣品放在金相顯微鏡下觀察，并用數(shù)碼照相系統(tǒng)進(jìn)行拍照記錄。如下: 圖3.1樣品顯微組織五、實驗結(jié)果分析40CrNi鋼860C淬火油冷顯微組織如圖 3.1所示，相組織主要是馬氏體，從圖 中可以看出侵蝕的不是很好，馬氏體組織不是很明顯，侵蝕不足。而且有少許 劃痕。測得該樣品的洛氏硬度為 52.6HRC,接近理論值，符合要求。 淬火溫度對鋼組織和性能的影響： 淬火加熱溫度的選擇： 對于亞共析鋼采用Ac3+305C°，對于共析鋼

9、和過共析鋼采用 Ac1+2040° 對于亞共析鋼如果淬火溫度高了，奧氏體晶粒就會粗大，淬火后嚴(yán)重影響和降 低塑性和韌性，如果淬火溫度低了，奧氏體化就會不完全，淬火后會有鐵素體， 導(dǎo)致淬火硬度不夠，強度降低。如圖 2.2所示。對于共析鋼和過共析鋼，淬火溫度高了，同樣奧氏體晶粒就會粗大，同時碳化 物溶入奧氏體過多，淬火后容易變形開裂，同時嚴(yán)重降低硬度和強度，如果溫 度低了，碳化物溶入奧氏體過少，大部分碳化物保留下來，淬火后也容易變形 _ _ _ 開裂，奧氏體化后奧氏體含碳量過低，導(dǎo)致淬不上火，導(dǎo)致淬火后馬氏體硬度 不夠，強度降低。淬火介質(zhì)的影響：常用淬火介質(zhì)冷卻能力見表 3.1所示?？梢姡核睦鋮s能力最好，但是冷卻速 度太快，容易導(dǎo)致工件淬裂。而油的冷卻能力在低溫區(qū)合適，但是在高溫區(qū)冷 卻能力很低。在實際的生產(chǎn)中，根據(jù)鋼種來選擇淬火介質(zhì)。比如碳鋼的臨界冷 卻速度大，可采用冷卻能力較強的淬火介質(zhì)水等；合金鋼的臨界冷卻速度小， 可采用比較緩和的淬火