《機械工程材料》熱處理實驗報告

1/1《機械工程材料》熱處理實驗報告實驗名稱:45鋼（T10鋼）的硬度測量和熱處理班級:實驗人員：組長:學號：組員：實驗日期:2011年12月12日星期一指導教師:T10鋼淬火前后硬度測量實驗報告一、實驗目的：了解碳鋼的基本熱處理（退火、淬火及回火）工藝方法。研究冷卻條件與鋼性能的關系。分析淬火后的回火工藝其溫度的選擇對鋼性能的影響。二、實驗設備及材料

1.HR—150A型洛氏硬度試驗機。2.試樣:Φ20×10mm45鋼和。3.實驗用的箱式電阻加熱爐(附測溫控溫裝置)。4.冷卻劑：水(使用溫度約20℃)。三、實驗的相關原理和要求：熱處理是一種很重要的金屬熱加工的工藝方法，也是充分發(fā)揮金屬材料性能潛力的重要手段。熱處理的主要目的是改變鋼的性能，其中包括使用性能及工藝性能。鋼的熱處理工藝特點是將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)一定時間的保溫，然后以某種速度冷卻下來，通過這樣的工藝過程能使鋼的性能發(fā)生改變。其基本工藝方法可分為退火、淬火及回火等。鋼的退火鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac1或Ac3線以上，保溫一段時間，然后緩慢地隨爐冷卻。此時，奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解，從而得到比較接近平衡狀態(tài)的組織。一般中碳鋼(如40、45鋼)經(jīng)退火后消除了殘余應力，組織穩(wěn)定，硬度較低(HB180～220)有利于下一步進行切削加工。實驗的材料為45#鋼，退火工藝中其加熱溫度選擇為Ac3以上溫度，此實驗選擇的溫度為800oC。退火冷卻方式：鋼退火時，一般采用隨爐冷卻到600～550℃以下再出爐空冷。（二）鋼的淬火鋼的淬火：淬火就是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上30~50oC，保溫后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻(V冷＞V臨)，以獲得具有高硬度、高耐磨性的馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。為了正確地進行鋼的淬火，必須考慮下列三個重要因素：淬火加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。淬火溫度的選擇正確選定加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要一環(huán)。淬火時的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)Fe-Fe3c相圖確定（如圖3-1所示）。對45#鋼的亞共析鋼，其加熱溫度為Ac3+30~50oC，此實驗采用的加熱溫度為830o。若加熱溫度不足（低于780oC的Ac3溫度），則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體而造成強度及硬度的降低；但過高的加熱溫度（如超過Acm）不僅無助于強度、硬度的增加，反而會由于產(chǎn)生過多的殘余奧氏體而導致硬度和耐磨性的下降。保溫時間的確定淬火加熱時間實際上是將試樣加熱到淬火溫度所需的時間及在淬火溫度停留所需時間的總和。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所用的加熱介質(zhì)、加熱方法等因素有關，一般按經(jīng)驗公式加以估算。（經(jīng)驗公式：加熱溫度為800oC的圓柱形工件，保溫時間為1.0分鐘/每毫米）。3、冷卻速度的影響冷卻是淬火的關鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時應使冷卻速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；在這個前提下又應盡量緩慢冷卻，以減少內(nèi)應力，防止變形和開裂。為保證淬火效果，應選用適當?shù)睦鋮s介質(zhì)（如水、油等）。此實驗的淬火冷卻介質(zhì)選用水。(三)鋼的回火鋼經(jīng)經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織質(zhì)硬而脆,并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應力,如果直接進行磨削加工往往會出現(xiàn)龜裂；一些精密的零件在使用過程中將會引起尺寸變化而失去精度，甚至開裂。因此淬火鋼必須進行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的各種不同的組織和性能。低溫回火：回火溫度150~250oC；回火后的組織為回火馬氏體+殘余奧氏體+碳化物；性能特點是硬度高，內(nèi)應力減少。中溫回火：回火溫度350~500oC；回火后的組織為回火屈氏體；性能特點是硬度適中，有高的彈性。高溫回火：回火溫度500~650oC；回火后的組織為回火索氏體；性能特點是具有良好塑性、韌性和一定強度相配合的綜合性能。對碳鋼來說，回火工藝的選擇主要考慮回火溫度和保溫時間這兩個因素。實驗所用試樣較小，故回火保溫時間可為30分鐘，回火后在空氣中冷卻?；鼗鹄鋮s方式：碳鋼回火時，一般采用在空氣中冷卻。不同的回火溫度對碳鋼硬度的影響:

淬火鋼在回火過程中發(fā)生了一系列的組織變化，這必然會引起機械性能發(fā)生相應的變化。淬火鋼的回火，實質(zhì)上是一個軟化過程，性能變化的總趨勢是，隨著回火溫度的升高，硬度、強度降低，而塑性、韌性提高。(四)不同的回火溫度對碳鋼硬度的影響淬火鋼在回火過程中發(fā)生了一系列的組織變化，這必然會引起機械性能發(fā)生相應的變化。淬火鋼的回火，實質(zhì)上是一個軟化過程，性能變化的總趨勢是，隨著回火溫度的升高，硬度、強度降低，而塑性、韌性提高。(五)碳鋼含碳量對淬火后硬度的影響在正常淬火條件下，鋼的含碳量越高，淬火后的硬度也越高。但含碳量大于0.8%的鋼，一般低碳鋼淬后，硬度在HRC40左右；中碳鋼淬火后，硬度可達HRC50～62；高碳鋼淬火后，硬度高達HRC62～65。附注：洛氏硬度試驗機的結(jié)構和操作本實驗使用華銀HR-150A型洛氏硬度計。

HR—150A型（原H—100型）洛氏硬度試驗機的結(jié)構(圖2)。圖2HR-150A型洛氏硬度計主要零部件1.機身2.加荷手柄3.升降手把4.手輪5.絲杠保護套（內(nèi)有絲杠）6.待測試件7主軸8.小杠桿9.大杠桿10.調(diào)整塊11.定位標記12.吊環(huán)13.螺釘14.砝碼變換器15.砝碼16.油針17.油氈18.后蓋19.緩沖器20.卸荷手柄21.壓頭22.上蓋23.指示表24變荷手柄25.工作臺四、實驗指導和方法：1、本區(qū)實驗加熱所用都為電爐，往爐中放、取試樣必須使用夾鉗必須擦干，不得沾有油和水。開關爐門要迅速，爐門打開時間不宜過長。2、試樣由爐中取出淬火時，動作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質(zhì)量。3、試樣在淬火液中應不斷攪動，否則試樣表面會由于冷卻不均而出現(xiàn)軟點。4、淬火時水溫應保持20~30oC左右，水溫過高要及時換水。淬火：材料項目加熱溫度保溫時間（min）冷卻方式45號鋼淬火80015冷水回火：項目回火溫度保溫時間冷卻方式中溫回火40030空氣自然冷卻高溫回火600五、數(shù)據(jù)記錄第一組：（400oC回火）洛氏硬度/HRC第一次第二次第三次第四次第五次平均值淬火前4.54.84.64.94.94.8淬火后62.665.367.661.566.064.6回火后37.537.936.432.835.636.0第二組：(600oC回火）洛氏硬度/HRC第一次第二次第三次第四次第五次平均值淬火前4.54.74.34.44.94.6淬火后61.565.567.863.168.465.3回火后14.514.718.213.616.315.5六、實驗總結(jié)由實驗數(shù)據(jù)可知道，45號鋼在熱處理前得洛氏硬度值約等于5.0HRC,進行淬火（800度保溫15分鐘）后的洛氏硬度處60HRC70HRC之間中溫回火（400度保溫30分鐘）后的洛氏硬度處于30HRC40HRC左右之間。高溫回火（回火溫度600oC保溫30分鐘）回火后的洛氏硬度又有所下降，處于10HRC20HRC之間。45號鋼在淬火后得到的“馬氏體”，硬度