固態(tài)相變原理實驗指導(dǎo)書

固態(tài)相變原理實驗指導(dǎo)書上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院中心試驗室202310試驗一鋼的熱處理工藝及其性能分析、試驗?zāi)康模撼醪桨盐崭緹崽幚聿僮鳌泊慊?、回火、正火、退火等。二、概述：鋼熱處理的目的是通過加熱、保溫順冷卻三個步驟來轉(zhuǎn)變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要的物理、化學(xué)、機械和工藝性能。熱處理時加熱溫度，保溫時間和冷卻方法是最根本的也是最重要的三個因素。是熱處理成功的最低要求。加熱溫度的選擇33

+20～30℃；即完全退火。共析鋼，1Ac+20～30℃2-113Ac+30～50℃3Accm+20～30℃2-13淬火加熱溫度：亞共析鋼加熱至Ac3

+30～50℃。共析鋼、過共析鋼加1Ac+30～50℃2-21各類碳鋼的臨界點如表2-1所示：回火溫度的選擇：鋼淬火后都要求回火，回火的溫度取決于要求的組織及性能。按加熱溫度回火可分為三類:150～250℃的回火稱為低溫回火，所得組織為回火馬氏體，60HRC。其目的是降低淬火應(yīng)力，削減鋼的脆性并保持鋼的高硬度。低溫回火一般用于切削工具、量具、滾動軸承以及滲碳和氰化件。圖2-1 圖2-2臨界點℃含臨界點℃含碳量%Ac Ac Acm1 30.2725840——0.4725790——0.6725755——0.8725————1.0725——8001.2725——820。其目的是獲得高的彈性極限，同時有高的韌性。因此它主要用于各種彈簧，及熱鍛模具。。其目的是獲得既有肯定強度，硬度，又有良好沖擊韌性的綜合機械性能。所以把淬火后經(jīng)高溫回火的處理稱為調(diào)質(zhì)處理。保溫時間確實定為了使工件內(nèi)外各局部溫度均勻全都，并完成組織轉(zhuǎn)變，使碳化物溶解和奧氏體成份均勻化，就必需在淬火加熱溫度下保溫肯定的時間。淬火加熱時間通常是指工件在加熱過程中升溫、透燒和組織轉(zhuǎn)變所需時間的總合。在具體生產(chǎn)條件下，工件加熱時間與鋼的成分，原始組織、工件幾何外形尺寸、加熱介質(zhì)、裝爐量、爐溫等很多因素有關(guān)。工件的實際加熱時間，一般應(yīng)通過生產(chǎn)實踐來確定，也可按閱歷公式=·K·D來估算。式中為淬火加熱時間〔分鐘a為淬火加熱時間系數(shù)；K為工件裝爐時的修正系數(shù)；D為工件有效厚度〔毫米。對于火焰爐、電爐所需〔加熱及保溫時間〕大約為1分鐘/毫米，對于鹽浴爐則縮短1～2倍。合金鋼加25～40%。熱處理的冷卻方法：50正火〔又稱常化〕承受空氣中冷卻，大件可承受吹風(fēng)冷卻淬火的冷卻是格外重要的，一方面冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證得到馬氏體，另一方面又期望冷速不要太大，以削減內(nèi)應(yīng)立，避開變形和開裂。這就要求淬火時在奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)〔650℃～550℃〕快冷，超過臨界Ms〔300～100℃〕點以下，冷卻速度較慢，抱負(fù)的冷卻速度如圖2-3所示。沒有一種淬火冷卻介質(zhì)完全滿足淬火的要求，為此需承受適當(dāng)?shù)睦鋮s1〔先水冷后油冷3，4A1MsA1A1MsA123圖2-3淬火時的抱負(fù)冷卻曲線示意圖 圖2-4各種淬火冷卻曲線示意圖如圖2-4所示。常用淬火介質(zhì)的冷卻力量如表2-2所示。淬火介質(zhì)冷卻速度℃淬火介質(zhì)冷卻速度℃/sec550～650℃區(qū)間內(nèi)200～300℃區(qū)間內(nèi)水〔18℃〕600270水〔20℃〕500270水〔50℃〕100270水〔74℃〕3020010%18℃120030010%18℃110030010%碳酸鈉水溶液800270肥皂水30200礦物油15030變壓器油12025洛氏硬度計的原理洛氏硬度是用金剛石圓錐或鋼球作壓頭，先后兩次施加載荷作用于受試金10Kg〔98.1N差產(chǎn)生的壓痕深度差，求得被測金屬的洛氏硬度。依據(jù)不同壓頭和載荷的搭配，洛氏硬度可分為假設(shè)干個標(biāo)尺，最常用的有A、B、CHRA、HRB、HRC。HRA60Kgf〔588.4N理試樣、淬火薄試樣等。其測量范圍為78～85HRA。HRB使用直徑為1/16英寸的淬火鋼球為壓頭，總載荷為100Kgf〔981N。一般適用于退火正火鋼鑄鐵有色金屬等其測量范圍為 25～100HRB。HRC150Kg〔1471.1N20～67HRC。83mm。洛氏硬度操作簡便，讀數(shù)直觀，對試樣要求不高，但試驗精度不如布氏硬度和維氏硬度。三．試驗內(nèi)容按表2-3品進展硬度測定，將硬度值填入表2-3中。2-3熱處理工藝熱處理工藝硬度值材料加熱溫930860冷卻方回火溫組織法度〔℃〕HRcHRB860空冷860油冷860水冷750水冷1000水冷860水冷200860水冷400860水冷600780水冷200780水冷400780水冷600T121000水冷四．試驗留意事項A．裝取試樣時爐子要斷電。裝取試樣后爐門要準(zhǔn)時關(guān)好。并馬上通電。保溫時要留意溫度掌握儀表是否正常以免跑溫或升溫速度太慢，覺察問題報告教師檢查。淬火時要快速入油或水，并要攪動試樣不要露出液面。熱處理后測定硬度：為便于比較，全部用洛氏硬度來測量，并將數(shù)據(jù)填寫在表中。測硬度前要將試樣的氧化皮磨掉。熱處理后的試樣保存好，以備必要時對試驗結(jié)果進展分析和檢查。五.試驗報告要求試驗?zāi)康?，?nèi)容及試驗結(jié)果。說明鋼中含碳量對淬火后性能的影響。說明淬火加熱溫度和冷卻速度對淬火后性能的影響。

以上？ccm“C”曲線。試驗二碳鋼熱處理后的組織特征及其觀看“C”曲線。一.試驗?zāi)康某醪桨盐仗间摕崽幚砗蟮牡湫徒M織的特征，如馬氏體、屈氏體、貝氏體等。運用鐵碳合金狀態(tài)圖和奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析鋼經(jīng)各種熱處理后的組織。二.概述碳鋼經(jīng)不同熱處理后的組織：經(jīng)退火，正火可得到接近平衡的組織，淬火后而且更要參考“C”曲線。鐵碳狀態(tài)圖可以說明慢冷時合金的結(jié)晶過程和室溫下的組織以及相的相對“C”曲線則能說明肯定成分的鋼在不同冷卻條件下的組織轉(zhuǎn)變過程以3-13-20.5%含碳量鋼的圖3-1鐵碳狀態(tài)圖的一角 圖3-20.5%碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼連續(xù)冷卻后的顯微組織：可以運用奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線近似的來分析連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變。方法是把連續(xù)冷卻時的冷卻速度曲線疊繪到等溫冷卻的3-3100%的珠光體。1234A1V1A1V1V2V4V3A3A1V1V2V3MsMfV5 V4圖3-3共析鋼連續(xù)冷卻示意圖 圖3-4亞共析鋼連續(xù)冷卻示意圖亞共析鋼連續(xù)冷卻后的顯微組織：亞共析鋼的“C”曲線與共析鋼的“C”曲線不同，在珠光體轉(zhuǎn)變開頭前有一條鐵素體析出線。所以在奧氏體3-4當(dāng)奧氏體慢冷時如圖3-4中V，相當(dāng)于爐冷，所得到的組織接近平衡狀態(tài)，1為鐵素體加珠光體。隨冷卻速度增加V→V→V時，奧氏體過冷程度增大、先1 2 3這樣使共析組織中的含碳量下降，即低于共析成分，一般稱為偽共析，由于過冷度大，其珠光體中片間距離更小，即組織更細(xì)。因此V→V→V其對應(yīng)的組織1 2 3變化為：鐵素體+珠光體→鐵素體+索氏體→鐵素體+屈氏體，其中鐵素體的量隨冷速增大而削減。V4時，析出很少量的網(wǎng)狀鐵素體和屈氏體，奧氏體則主要轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，有時可見到少量的貝氏體。V5超過臨界冷速時，沒有先共析鐵素體析出，全部得到馬氏體。過共析鋼的轉(zhuǎn)變與亞共析鋼相像，不同之處是亞共析鋼先析出的是鐵素體，而過共析鋼先析出的是滲碳體〔二次滲碳體。根本組織特征〔1〕索氏體〔S光體更細(xì)密，它比珠光體具有更高的硬度。T才能區(qū)分其中的片層狀。B同而不同。其組織形態(tài)主要有三種：中鐵素體的亞構(gòu)造是位錯。下貝氏體：鋼中下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀碳化物的組織，由于ε55～65°的角度。下貝氏體中的鐵素體亞構(gòu)造是位錯?！餐鶗麥邕@種島，它原先是富碳的奧氏體區(qū)，其隨后的轉(zhuǎn)變可以有三種狀況〔a〕分解為鐵素b〕發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變〔c〕仍舊保持為富碳的奧氏體。Mα多種多樣的，歸納起來分為兩大類即板條狀馬氏體和片狀馬氏體。板條狀馬氏體：在光學(xué)顯微鏡下，板條狀馬氏體的形態(tài)呈現(xiàn)一束束相互取向的馬氏體群。碳馬氏體，因亞構(gòu)造為位錯，又稱位錯馬氏體。片狀馬氏體：在光學(xué)顯微鏡下，片狀馬氏體呈現(xiàn)針狀或竹葉狀，片間有馬氏體，依據(jù)形成溫度和亞構(gòu)造特點又稱低溫馬氏體，孿晶馬氏體。針狀馬氏體。剩余奧氏體〔Ar：當(dāng)奧氏體中含碳量>0.5%時，淬火時總有肯定量的易受硝酸酒精的浸蝕，在顯微鏡下呈白亮色，在組織中較難區(qū)分出來。回火馬氏體〔Mr：高碳馬氏體經(jīng)低溫回火〔150～250℃〕后，馬氏ε由于有極細(xì)小的碳化物析出訪回火馬氏體易受侵蝕，所以在光學(xué)顯微鏡觀看時，火以后，馬氏體只發(fā)生碳原子的偏聚，尚未析出碳化物。在光學(xué)和電子顯微鏡下氏體和片狀馬氏體的混合組織，回火后其中片狀馬氏體易受侵蝕顏色變深?！睺r350～500℃顆粒狀的滲碳體?！婊鼗鹚魇象w〔S500～650℃T它是由小顆粒狀滲碳體和鐵素體組成。在光學(xué)顯微鏡下可觀看到小顆粒狀滲碳消逝。三.試驗內(nèi)容及試驗方法指導(dǎo)觀看以下顯微樣品，并畫出組織示意圖。序號鋼號熱處理工藝腐蝕劑145860℃退火〔爐冷〕4%硝酸酒精245860℃正火〔空冷〕4%硝酸酒精345860℃油冷4%硝酸酒精445860℃水冷4%硝酸酒精545860℃200℃回火4%硝酸酒精645860℃400℃回火4%硝酸酒精745860℃600℃回火4%硝酸酒精845750℃水冷4%硝酸酒精9201200℃水冷4%硝酸酒精10T12780℃水冷4%硝酸酒精11T121200℃水冷4%硝酸酒精12T121200℃200℃回火4%硝酸酒精13T10球化退火4%硝酸酒精1465Mn1000-1050℃420℃等溫淬火4%硝酸酒精1565Mn960-990℃307℃等溫淬火4%硝酸酒精16902910℃空冷4%硝酸酒精各典型組織的照片如圖3-53-15 3-545#正火組織3-745#油淬組織3-945#750℃淬火組織3-11T12#1100℃淬火回火組織

3-645#淬火組織3-845#調(diào)質(zhì)組織3-10T12#780℃淬火組織3-12902910℃空冷組織 圖3-1320#1200℃淬火組織 圖3-1465Mn等溫淬火組織〔下貝〕3-15