碳钢的热处理后硬度测定以及金相分析实验指导书.docVIP

. . 实验七 碳钢的热处理及硬度测定以及金相分析 实验项目名称： 碳钢的热处理及硬度测定、金相分析 实验项目性质：综合实验 所属课程名称：金属材料与热处理 实验计划学时：4 实验目的 （1）熟悉碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。 （2）了解含碳量、加热温度、冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。 （3）分析淬火及回火温度对钢性能的影响。 （4）学会洛氏硬度计的使用。 （5）学会采用不同的热处理工艺，将会得到不同的组织结构，从而使钢的性能发生变化。 二、实验内容和要求 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，热处理的主要目的是改善钢材性能，提高工件使用寿命。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织发生了质的变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。 热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序，也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。Fe-FeC相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。 加热温度 （1）退火加热温度：完全退火加热温度，适用于亚共析钢，Ac3+（30~50℃）；球化退火加热温度，适用于共析钢和过共析钢，Ac1+（30~50 （2）正火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；过共析钢是Accm+（30~50 退火和正火的加热温度范围见图2-1所示。 图2-1 图2-1 退火与正火的加热温度 （3）淬火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；对共析钢和过共析钢是Ac1+（30~50℃），见图 钢的临界温度Ac1、Ac3及Accm，在热处理手册或合金钢手册中均可查到。再经计算可求出钢的热处理温度。也可以利用铁碳相图决定A1、A3及Acm点的温度再加上10~20℃即近似Ac1、Ac3及Accm，然后再计算热处理温度。表2-1是各种碳钢的临界温度。 图2-2 淬火加热温度范围 表2-1 各种碳钢的临界温度 类别 钢号 临界点温度（℃） 淬火温度 Ac1 Ac3或ACcm AR1 AR3 碳 素 结 构 钢 20 735 855 680 835 860~880 30 732 813 677 835 850~870 40 724 790 680 760 840~860 45 724 682 682 751 840~860 50 725 690 690 750 770~800 60 725 695 695 743 860~880 碳 素 工 具 钢 T7 730 770 700 - 780~800 T8 730 - 700 - 780~800 T10 730 800 700 - 760~800 T12 730 820 700 - 760~800 T13 730 830 700 - 760~800 （4）回火温度：钢淬火后必须要回火。回火温度决定于最终所要求的组织和性能。按加热温度，回火可分为低温、中温及高温回火三类。低温回火在150~250℃进行回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC60，常用于切削刀具和量具；中温回火是在350~500℃进行回火，硬度约为HRC35~45，主要用于各类弹簧热处理；高温回火是在500~~650℃进行，所得组织为回火索氏体，硬度为HRC25~35 例如，45钢的回火温度经验公式如下 T=200+K（60-X） 式中 K——系数，当回火后要求的硬度值大于HRC30时，K=11；当硬度值小于HRC30时，K=12； X——所要求的硬度值（HRC）。 2、加热时间 热处理加热时间与许多因素有关，例如工件的尺寸、形状、使用的加热设备、装炉量、钢的种类；热处理类型、钢材的原始组织、热处理的要求和目的等。上述因素都要综合考虑，具体参考数据可查有关手册。 3、冷却方法 热处理的冷却方法至关重要，控制不同的冷却速度（即采用不同的冷却方式），可得到不同的组织，从而有不同的性能。 （1）退火 一般采用随炉冷却，冷到500℃ （2）正火 多采用在空气中冷却，大件常进行吹风冷却。 （3）淬火 采用急冷方式，即冷却速度应超过钢的临界冷却速度，以保证得到马氏体组织，另一方面冷却速度应当尽量缓慢，以减少内应力，避免变形和开裂。为了调和上述矛盾，可以采用适当的冷却剂和冷却方式。常用的淬火方法有双液淬火、分级淬火、单液淬火、等温淬火等。 常用的淬火介质有清洁的自来水、浓度为5~10%的NaCl水溶液、矿物油等。 三、实验主要仪器设备和材料 箱式电炉及控温仪表； 水银温度计； 洛氏硬度机