熱處理工藝制度對(duì)T10鋼組織與性能的影響2

1、 J I A N G S U U N I V E R S I T Y 金屬材料綜合實(shí)驗(yàn) 題目：熱處理工藝制度對(duì)T10鋼組織與性能的影響 學(xué)院名稱：材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：金屬1202 姓 名：馬英 學(xué) 號(hào)：3120702041 小組成員：任寧慶、韋明敢、李鑫宇 指導(dǎo)老師：邵紅紅、王蘭、吳晶老師 2016年1月 熱處理工藝制度對(duì)T10鋼組織與性能的影響一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、T10鋼概述 目前常用的碳素工具鋼有T8、T10、T12,其中T10用量最多。T10鋼優(yōu)點(diǎn)是可加工性好，來源容易；但淬透性低、耐磨性一般、淬火變形大。因鋼中含合金元素微量，耐回火性差，硬化層淺，因而承載能力有限。雖有較高的硬度

2、和耐磨性，但小截面工件韌性不足，大截面工件有殘存網(wǎng)狀碳化物傾向。T10鋼在淬火加熱（通常達(dá)800）時(shí)不致于過熱，淬火后鋼中有過剩未溶碳化物，所以比T8鋼具有更高的耐磨性，但淬火變形收縮明顯。由于淬透性差，硬化層往往只有1.55mm；一般采用220250回火時(shí)綜合性能較佳。熱處理時(shí)變形比較大，故只適宜制造小尺寸、形狀簡單、受輕載荷的模具。2、T10鋼化學(xué)成分 碳 C ：0.951.04（T，：碳的千分?jǐn)?shù)）硅 Si：0.35 錳 Mn：0.40 硫 S ：0.020 磷 P ：0.030 鉻 Cr：允許殘余含量0.250.10(制造鉛浴淬火鋼絲時(shí)) 鎳 Ni：允許殘余含量0.200.12(制造鉛浴

3、淬火鋼絲時(shí)) 銅 Cu：允許殘余含量0.300.20(制造鉛浴淬火鋼絲時(shí)) 注：允許殘余含量Cr+Ni+Cu0.40(制造鉛浴淬火鋼絲時(shí))3、T10鋼適用范圍這種鋼應(yīng)用較廣，適于制造切削條件較差、耐磨性要求較高且不受突然和劇烈沖擊振動(dòng)而需要一定的韌性及具有鋒利刃口的各種工具，如車刀、刨刀、鉆頭、絲錐、擴(kuò)孔刀具、螺絲板牙、銑刀手鋸鋸條、還可以制作冷鐓模、沖模、拉絲模、鋁合金用冷擠壓凹模、紙品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切邊模及沖孔模，低精度而形狀簡單的量具（如卡板等），也可用作不受較大沖擊的耐磨零件等。二、實(shí)驗(yàn)原理研究T10鋼經(jīng)退火、淬火、回火后的組織，需要運(yùn)用Fe-Fe3C平衡相圖及過冷奧氏

4、體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖C曲線從加熱和冷卻2個(gè)方面進(jìn)行分析，鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律是由C曲線確定的。因此，研究鋼熱處理后的組織通常以C曲線為理論依據(jù)。按照不同的冷卻條件，過冷奧氏體將在不同的溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變。通過金相顯微鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)過冷奧氏體各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。T10鋼是過共析鋼，過共析鋼的C曲線跟亞共析鋼的相似，先析出的是滲碳體。隨著冷卻速度的增大，鋼的顯微組織變化是：滲碳體+珠光體滲碳體+索氏體滲碳體+托氏體托氏體+馬氏體+殘余奧氏體馬氏體+殘余奧氏體。為了使?jié)B碳體呈球狀并且均勻分布，改善切削加工性能，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備，碳素工具鋼必須先進(jìn)行球化退火。碳素工具鋼經(jīng)

5、不完全淬火和低溫回火，硬度在5864HRC范圍，可作為低切削的刃具和形狀簡單的冷沖模。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究這些熱處理工藝對(duì)T10鋼的組織與性能的影響。三、實(shí)驗(yàn)流程工藝1、球化退火材料加熱溫度/保溫時(shí)間/h冷卻速度出爐溫度/硬度HBWT10鋼760780=42030500197217 表1 球化退火工藝參數(shù) 含碳量大于0.75%的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退火作為預(yù)備熱處理，如果有二次網(wǎng)狀滲碳體的存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火消除網(wǎng)狀滲碳體。球化退火是使鋼中碳化物球化，獲得球化體的一種熱處理工藝。球化效果作用于T10鋼，其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削加工性，并為淬火作組織準(zhǔn)備，因?yàn)榍驙罱M織不易過熱，即球體

6、溶入奧氏體較慢，所以奧氏體晶粒不易長大，淬火后組織為隱晶馬氏體，且淬火開裂傾向小。 T10碳素工具鋼，一般采取球化退火，使?jié)B碳體成球狀均勻分布，若鍛件沿晶界出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物時(shí)，則先進(jìn)行正火處理，消除網(wǎng)狀碳化物，然后進(jìn)行球化退火。其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削加工性能，并為淬火作組織準(zhǔn)備。因?yàn)榍驙罱M織不易過熱，即球體溶入奧氏體慢，所以奧氏體晶粒不易長大，淬火后組織為隱晶馬氏體，且淬火開裂傾向小。常用的球化退火工藝如圖1所示（以T12為例）。圖a為一次加熱球化退火工藝，要求退火前的原始組織為細(xì)片狀珠光體，圖b是目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的球化退火工藝，圖c為反復(fù)球化退火工藝。圖1 常用的幾種球化退火

7、T10鋼是高碳鋼，實(shí)驗(yàn)采用圖b球化退火工藝，將其加熱到Ac1以上2030保溫4h后，再以3040/h冷卻到700等溫4h，再爐冷到600出爐。 球化退火實(shí)現(xiàn)了碳化物快速球化的關(guān)鍵在于通過控制相變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)來改變奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的模式-從傳統(tǒng)的片層轉(zhuǎn)變機(jī)制改變?yōu)椤半x異共析”的轉(zhuǎn)變形式。“離異共析”的轉(zhuǎn)變形式是將奧氏體奧氏體直接轉(zhuǎn)變成球狀珠光體，時(shí)間大為縮短。為此，在加熱過程中奧氏體轉(zhuǎn)變完成之后必須在奧氏體基體上殘留足夠的未溶碳化物顆粒作為隨后冷卻過程中珠光體離異共析轉(zhuǎn)變的核心?？焖偾蚧嘶鸸に嚾コ訜釙r(shí)間和冷卻時(shí)間，奧氏體化保溫時(shí)間和等溫轉(zhuǎn)變時(shí)間總和僅需2h（時(shí)間與工件大小無關(guān)）。 對(duì)于

8、工具鋼而言，有時(shí)可以采用調(diào)質(zhì)處理來代替球化退火，這樣不但省時(shí)省電，完全可以達(dá)到球化效果，而且經(jīng)調(diào)質(zhì)后的粒狀珠光體，比球化退火后的粒狀珠光體更細(xì)小，更均勻，更有利于最后的退火。T10鋼球化退火金相圖例如下： 圖2 T10鋼球化退火P組織 500X2、不完全淬火 表2 T10鋼淬火工藝方案 加熱溫度/ 冷卻規(guī)范 硬度HRC 冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)溫度/冷卻程度再冷卻到20的介質(zhì)770790 水 2040至200 250 油冷6264(NaCl)5%水溶液 6265（堿）5%10%水溶液 6264 T10鋼淬透性低，容易產(chǎn)生變形和淬裂，需要用鹽水或堿水水冷卻。另外碳素工具鋼對(duì)過熱敏感，晶粒容易長大，所以采

9、用不完全淬火其淬火溫度一般是在碳化物與奧氏體共存的兩相區(qū)內(nèi)（Ac1以上3050）。這是由于碳化物的存在不僅可以阻止奧氏體的長大，使碳素工具鋼保持較小晶粒，從而能在高硬度條件下保證具有一定的韌性，而且剩余碳化物的存在也有利于模具耐磨性的提高。為防止過熱，選取最低的淬火加熱溫度(760780)，為防止淬火開裂，必須在淬火方法上實(shí)現(xiàn)均勻冷卻。在實(shí)際生產(chǎn)中，只有在大型工件或裝爐量很多的情況下，才能把升溫時(shí)間和保溫時(shí)間分開考慮。由于淬火溫度高于相變溫度，所以升溫時(shí)間包括組織轉(zhuǎn)變的時(shí)間。保溫時(shí)間實(shí)際上只要考慮碳化物的溶解和奧氏體成分均勻化所需時(shí)間即可。確定淬火加熱時(shí)間是個(gè)較為復(fù)雜的問題。到目前為止，還沒有

10、一個(gè)可靠的計(jì)算方法，一般用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算，通過試驗(yàn)最終確定。常用經(jīng)驗(yàn)公式為t=·K·D （1）式中：t為加熱時(shí)間（min）；為加熱系數(shù)（min/mm）；K為裝爐修正系數(shù)；D為工件有效厚度。加熱系數(shù)表示工件單位厚度需要的加熱時(shí)間，其大小與工件尺寸、加熱介質(zhì)和鋼的化學(xué)成分有關(guān)。T10鋼淬火金相圖例如下： 圖3 T10鋼760水淬組織 500X （隱晶馬氏體+粒狀碳化物+少量Ar）3、低溫回火 對(duì)于要求高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性及一定韌性的淬火工件，通常淬火后再150250攝氏度之間進(jìn)行回火?；鼗鸷蟮玫诫[晶的回火馬氏體及在其分布均勻的細(xì)小碳化物顆粒組織，硬度一般可達(dá)6165HRC。低

11、溫回火主要用于各種高碳鋼制作的切削工具、冷做模具。 為了避開200300之間出現(xiàn)的低溫回火脆性，本次實(shí)驗(yàn)采用180低溫回火，回火保溫時(shí)間2h。4、 實(shí)驗(yàn)步驟1.選擇T10鋼零件4個(gè)。2.試樣預(yù)處理：T10鋼分析并檢測其性能（硬度、金相組織、沖擊韌性、抗拉強(qiáng)度），觀察是否有網(wǎng)狀滲碳體（如果有正火去除）3.熱處理工藝：將T10鋼加熱到Ac1以上2030保溫4h后，再以3040/h冷卻到700等溫4h，再爐冷到600出爐（球化退火），觀察組織并測試硬度，計(jì)算出淬火保溫時(shí)間，確定淬火加熱溫度(760780)，進(jìn)行淬火并且觀察組織，180低溫回火2h，最后測試硬度、沖擊韌性及抗拉強(qiáng)度。表3 T10鋼最終

12、熱處理工藝規(guī)范序號(hào)淬火加熱溫度/時(shí)間/min冷卻介質(zhì) 淬火爐1直接淬火78030min水箱式爐2球化后淬火780五、實(shí)驗(yàn)檢測1、 硬度：HRC 2、 工件的有效厚度：圓柱體取直徑，正方形截面取邊長，長方形截面取短邊邊長，板件取板厚，套筒累工件取壁厚，圓錐體取離小頭2/3長度處直徑，球體取球徑的0.6倍作為有效厚度。3、 金相組織六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)6.1、金相組織圖4 等溫球化退火后組織（×400）圖5 780直接淬火（400×）圖 6 球化退火后的780直接淬火后組織（400×）圖7 780直接淬火+低溫回火2h (400×)6.2、硬度表四 T10鋼熱處理后

13、的組織序號(hào)原 始組 織熱處理規(guī)范硬度（HRC）金相組織1珠光體球化退火52鐵素體+滲碳體2780直接淬火30min57馬氏體+殘余奧氏體+碳化物3球化退火+780淬火56馬氏體+殘余奧氏體4780直接淬火+低溫回火2h55回火馬氏體+殘余奧氏體七、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 這次課程實(shí)驗(yàn)，由于理論知識(shí)的不足，再加上平時(shí)沒有什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一開始的時(shí)候有些手忙腳亂，不知從何入手。在老師的諄諄教導(dǎo)，和同學(xué)們的熱情幫助下，使我找到了信心，其中每一個(gè)數(shù)據(jù)都要從圖書館借閱的電鍍手冊(cè)上查找或者所學(xué)課本及網(wǎng)上來找到出處。雖然種種困難我都已經(jīng)克服，但還是難免有些疏忽和遺漏的地方。完美總是可望而不可求的，不在同一個(gè)地方跌倒兩次才是

14、最重要的。抱著這個(gè)心理我一步步走了過來，最終完成了我的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。十幾天的綜合課程實(shí)驗(yàn)結(jié)束了，在這次實(shí)驗(yàn)的過程中我學(xué)到了一些除技能以外的其他東西,領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時(shí)顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會(huì)到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制,最重要的還是自己對(duì)一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化. 在今后的學(xué)習(xí)中,我一定要戒驕戒躁,態(tài)度端正,虛心認(rèn)真。要永遠(yuǎn)的記住一句話:態(tài)度決定一切。在沒有做課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以前覺得課程實(shí)驗(yàn)只是對(duì)這兩年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做課程實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程實(shí)驗(yàn)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次課程實(shí)驗(yàn)使我明白了自

15、己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程實(shí)驗(yàn)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 最后感謝指導(dǎo)老師:(王老師和吳老師)對(duì)我的實(shí)驗(yàn)孜孜不倦的指導(dǎo)，相信此次綜合實(shí)驗(yàn)會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)做的也不太好，但是在實(shí)驗(yàn)過程中所學(xué)到的東西是這次綜合實(shí)驗(yàn)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 八、參考文獻(xiàn) 1.吳晶,紀(jì)嘉明,丁紅燕 金屬材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)M 鎮(zhèn)江市 江蘇大學(xué)出版社 2009年4月 26-50,93-1002.邵紅