鋼球化退火工藝對組織和硬的影響

1、 畢 業(yè) 論 文 題 目： T10A鋼球化退火工藝對組織和硬度的影響 學(xué)院： 專業(yè)： 班級： 學(xué)號 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 完成時間： 誠 信 聲 明 本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計論文是在老師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計論文中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計論文中的所有內(nèi)容均真實、可信。作者簽名： 日期： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書 題目： T10A鋼球化退火工藝對組織和硬度的影響 姓名 學(xué)院 專業(yè) 材料成型 班級 學(xué)號 2 指導(dǎo)老師 職

2、稱 教研室主任 一、根本任務(wù)及要求： 1分析、歸納T10A鋼的成分特點、組織轉(zhuǎn)變規(guī)律、熱處理工藝及主要工藝參數(shù)、性能特點及應(yīng)用； 2確定T10A鋼常用的球化退火工藝及其主要參數(shù)，畫出其球化退火工藝曲線，并分析其將獲得的金相顯微組織及大致的硬度； 3根據(jù)所確定的球化退火工藝及其主要參數(shù)，進行T10A鋼的球化退火工藝操作和試驗研究，測定球化退火后的硬度，分析其硬度變化的原因； 4對球化退火后的T10A樣品進行金相顯微組織分析，確定其金相顯微組織的根本組成，并分析其球化退火工藝及其主要參數(shù)對顯微組織和硬度的影響規(guī)律。 二、進度安排及完成時間： 1. 2022年2月27日3月18日，查閱資料、撰寫文獻

3、綜述和開題報告； 2. 2022年3月19日4月01日，課題調(diào)研、資料收集、方案設(shè)計； 3. 2022年4月02日4月29日，試驗研究及結(jié)果分析； 4. 2022年4月30日5月20日，撰寫畢業(yè)論文； 5. 2022年5月21日6月03日，將畢業(yè)論文送指導(dǎo)教師審閱、評閱教師評閱； 6. 2022年6月04日6月17日，畢業(yè)論文辯論和資料整理。 目 錄摘要 Abstract 第1章 緒論 11.1引言 11.2論文研究背景及目的 21.3本課題的研究內(nèi)容及試驗手段 3第2章 試驗過程及分析 4 2.1 球化退火工藝方案 4 2.2試驗設(shè)備 42.3 試驗過程 7 2.3.1 試樣的準備 72.3

4、.2 試樣的熱處理工藝過程 7 2.3.3 試樣硬度值的測試 12 2.3.4 試樣的磨制 122.3.5 試樣的拋光 132.3.6 試樣的浸蝕 142.3.7顯微組織的觀察 14第3章 試驗結(jié)果及分析 153.1力學(xué)性能試驗153.2金相顯微組織分析 153.3 球化退火的綜合分析及其實際應(yīng)用 18結(jié)論 21參考文獻 22致謝 23 可修改 歡送下載 精品 WordT10A鋼球化退火工藝對組織和硬度的影響摘 要：通過試驗分析T10A鋼的成分、組織、性能以及應(yīng)用，并對T10A鋼進行普通球化退火和等溫球化退火處理，接著對熱處理后的試樣進行硬度測試和顯微組織觀察分析，研究普通球化退火和等溫球化退

5、火工藝對T10A鋼在組織、性能及應(yīng)用方面的影響，結(jié)果說明，T10A鋼球化退火后得到了在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。T10A等溫球化退火后的硬度略低于普通球化退火處理后的硬度，硬度隨球化退火溫度的升高而升高。T10A等溫球化退火后的組織較于普通球化退火處理后的的組織更加均勻，因此等溫球化退火的切削性能比普通球化退火鋼更佳，等溫球化退火的綜合力學(xué)性能優(yōu)于普通球化退火。關(guān)鍵詞：T10A鋼；球化退火；顯微組織Influence to Structure and Hardness of T10A Spheroidizing Annealing ProcessAbstract: Fir

6、stly, testing and analysing the composition, microstructure, properties and application of the T10A.Then do ordinary spheroidizing annealing and isothermal spheroidizing annealing to it.Thirdly, do the hardness test and microstructure observation and analysis to the heat treated samples.Through all

7、of those methods,explore the influence of ordinary spheroidizing annealing and isothermal spheroidizing annealing to the structure, properties and applications of T10A. The results is that, after T10A steel ball annealing,there is globular or granular carbide organization which is uniformly distribu

8、ted in the ferrite matrix.After isothermal spheroidizing annealing, the hardness of T10A is slightly lower than that after ordinary ball annealing .And it became harder with the rising of spheroidizing annealing temperature .After isothermal spheroidizing annealing ,the structure of T10A become more

9、 uniform than that after ordinary organization.So the cutting performance of T10A after isothermal spheroidizing annealing is better than after ordinary spheroidizing annealing,and the comprehensive mechanical properties are also better.Key Words：T10A steel；Ball annealing；microstructure第1章 緒論1.1 引言鋼

10、鐵材料在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位, 它們的應(yīng)用非常廣泛。在實際使用或生產(chǎn)加工過程中,人們對鋼鐵材料提出了各種不同的性能要求, 單憑原始材料的性能已經(jīng)滿足不了工程技術(shù)上的要求。例如: 為了便于切削加工就要求材料的硬度適當(dāng)降低, 以節(jié)約機械加工時的刀具消耗和提高勞動生產(chǎn)率；為使零件耐磨損, 延長使用壽命, 就要求其具有較高的硬度；為使零件能在有腐蝕性氣體的環(huán)境中長期工作, 就要求其具有一定的耐腐蝕性等。為滿足這些性能要求, 除了合理地選用材料外, 還要進行熱處理, 如此才能充分發(fā)揮鋼鐵材料的性能特點。由此可知, 熱處理在機械制造業(yè)中占有十分重要的地位。熱處理是機械工業(yè)的一項重要根底技術(shù)，通常如

11、軸、軸承、齒輪、連桿等重要的機械零件和工模具都是要經(jīng)過熱處理的，而且，只要選材適宜，熱處理得當(dāng)，就能使機械零件和工模具的使用壽命成倍、甚至十幾倍的提高。熱處理對于充分發(fā)揮金屬材料的性能潛力、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、節(jié)約材料、減少能耗、延長產(chǎn)品的使用壽命、提高經(jīng)濟效益都具有十分重要的意義。據(jù)統(tǒng)計，在機床制造中有60%70%的零部件要經(jīng)過熱處理；在汽車、拖拉機制造中有70%90%的零部件要經(jīng)過熱處理；各種工具和滾動軸承等那么100%的要進行熱處理1。 隨著近幾年機械切削加工和冷鐓模的高速開展，刀具材料及模具材料的開展也非常迅速，出現(xiàn)了很多新型的材料。其中碳素工具鋼，特別是T10A所獨有的價格廉價易切削、耐

12、磨等特點使其在刀具及冷鐓模中依然占有很大比例。但碳素工具鋼的一些缺陷也使得它在開展迅速的機械行業(yè)有一定的局限性。 通過低淬透性冷作模具鋼，高級高碳工具鋼，優(yōu)點是可加工性能好，價格廉價，來源容易，但是淬透性較差，淬火變形大，因為鋼中含有合金元素少，回火抗力低，因而低。雖有高的硬度和耐磨度，但是小截面工件韌性缺乏，大截面段坯有剩余網(wǎng)狀碳化物傾向。 完全球化的最低加熱溫度740，最正確等溫溫度690720，出現(xiàn)片狀碳化物的加熱溫度780，受熱軟化溫度250，淬硬深度為1518mm，油淬57mm。 該鋼在退火狀態(tài)下進行粗加工，然后淬火低溫回火至高硬度，再精加工。獲得高的耐磨性和鏡面拋光性。進行低碳馬氏

13、體低溫淬火，使具有較高的耐磨星河強韌性，預(yù)防和減少變形和開裂現(xiàn)象2。1.2 論文研究背景及目的熱處理工藝一般分為最終熱處理和預(yù)先熱處理。預(yù)先熱處理是為了消除或改善前道工序引起的某些缺陷，為最終熱處理最好準備，退火和正火是工件預(yù)先熱處理的主要手段。鋼的退火和正火均為普通熱處理的根本工藝，主要用于鑄、鍛、焊毛坯的預(yù)先熱處理，以及改善機械零件毛坯的切削加工性能。球化退火是不完全退火的一種特例。球化退火是不完全退火的一種特例，目的是將共析及過共析鋼中的片狀碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闋钐蓟铮怪鶆蚍植加阼F素體基體上。碳化物由片狀變?yōu)榍驙詈笥幸韵聝?yōu)點：硬度降低，使鋼的可加工性得到改善；加熱時球化碳化物溶入奧氏體較慢

14、，奧氏體晶粒不容易長大，故有較寬的淬火溫度范圍；淬火后得到隱晶馬氏體，殘留奧氏體量較少，并保存一定量的細小均勻分布的球化碳化物，淬火開裂傾向性較??；塑性、韌性較好，冷成形加工得到改善。球化退火主要用于碳含量高于0.6%的高碳工具鋼及軸承鋼等，目的是改善可加工性，并為最終熱處理做好組織準備。有時為改善低中碳鋼的冷成形性，也可采用球化退火6。實踐說明，加熱時奧氏體成份越不均勻，退火后越容易得到球化組織。將過共析偽片狀珠光體加熱到略高于Ac1溫度短時間保濕后，得到奧氏體加未溶滲碳體。此時，滲碳體已不是完整的片狀，而是厚薄不平，凹凸不平，有些地方已經(jīng)溶解斷開。延長保濕時間，這些未溶滲碳體將漸趨向于球化

15、。T10A鋼是一種應(yīng)用廣泛的工具、量具、冷作模具鋼，它具有高硬度、高強度、高耐磨性和淬火變形小等優(yōu)點9。然而，由于其硬度值較高，難以進行切削加工，故在生產(chǎn)中用T10A鋼制作冷鐓凸模時極易出現(xiàn)崩刃、折斷及淬火開裂等現(xiàn)象。因此在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常采用等溫球化退火的方法來細化晶粒、降低硬度、改善切削加工性能，為淬火做好組織上的準備。但常規(guī)的等溫球化退火工藝方法，由于加熱溫度高、保溫時間長、工藝復(fù)雜，使T10A鋼中碳化物仍呈粗細不同、大小不一、分布不均的現(xiàn)象。而它們是引起變形開裂的主要原因，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和使用性能，故進一步改善T10A鋼的切削加工性能，預(yù)防開裂傾向已成為工業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的

16、問題。1.3 本課題的研究內(nèi)容及試驗手段本課題通過了解T10A鋼的成分、組織、性能、應(yīng)用等方面的根本知識，以相關(guān)金屬學(xué)與熱處理及金屬材料學(xué)的理論作為指導(dǎo)，擬定了T10A鋼的完全退火和正火工藝，并通過實際的熱處理工藝進行試驗操作，分析普通球化退火與等溫球化退火對T10A鋼的組織和性能的影響。并通過分析其金相顯微組織及組成，測定硬度值來對T10A鋼普通球化退火和等溫球化退火工藝，從使用性、工藝性、經(jīng)濟性三個方面進行綜合 分析，并說明其在實際生產(chǎn)中的主要應(yīng)用方向。其中所包含的試驗操作或操作程序有： 準備T10A鋼的試驗樣品。 擬定3組試樣進行三個不同加熱溫度的等溫球化退火處理。其中加熱溫度分別為74

17、0；760；780保溫40min.在690下等溫30min。試樣隨爐冷卻到520后出爐空冷，然后分別制備經(jīng)不同溫度完全退火后的金相試樣，并進行顯微組織觀察，拍照顯微組織圖。 采用洛氏硬度計測定完全退火后的試樣的硬度值。 擬定3組試樣進行普通球化退火處理，其中加熱溫度分別為740、760、780，保溫40min.試樣隨爐冷卻到520后出爐空冷，然后分別制備經(jīng)不同溫度正火后的金相試樣，并進行顯微組織觀察，拍照顯微組織圖。 采用洛氏硬度計測定正火后的試樣的硬度值。 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，比照T10A鋼等溫球化退火與普通球化退火處理后的組織和性能，從而總結(jié)其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。 第2章 試驗過程及分析2.1

18、球化退火工藝方案本文研究的是T10A鋼，T10A鋼球化退火處理后，所得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。本實驗設(shè)置了六組實驗參數(shù)不一樣的參數(shù)對試樣進行了等溫球化退火處理。完全等溫球化退火溫度分別為740、760、780，保溫時間40min。其中等溫度為690，等溫時間為30min，隨爐冷卻到溫度為500時再出爐空冷。同時，為使T10A鋼等溫球化退火工藝和普通球化退火工藝有效得進行比照，本實驗設(shè)置了三組加熱溫度和等溫球化退火分別一致的實驗參數(shù)進行正火處理。T10A鋼球化退火與普通球化退火處理的工藝方案如下表2.1和表2.2所示。表2.1 T10A鋼試樣等溫球化退火工藝方案工程加

19、熱溫度/保溫時間/min等溫溫度/等溫時間/min冷卻方式方案一7404069030隨爐冷至520后出爐空冷方案二7604069030隨爐冷至520后出爐空冷方案三7804069030隨爐冷至520后出爐空冷表2.2 T10A鋼試樣普通球化退火工藝方案工程加熱溫度/保溫時間/min冷卻方式方案一74040隨爐冷至520后出爐空冷方案二76040隨爐冷至520后出爐空冷方案三78040隨爐冷至520后出爐空冷2.2試驗設(shè)備1箱式電阻爐所用型號為SRJX-3-9，電阻爐是利用電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量來加熱工件，同時用熱電偶等電熱儀表控制溫度，操作簡單、溫度準確。這類爐子的爐料一般在空氣介質(zhì)中加熱，

20、無機械化裝置，供小批量的工件淬火、正火、退火等常規(guī)熱處理之用，如圖2.1所示。圖2.1 箱式電阻爐2HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計用來測試完全退火試樣和正火處理試樣的硬度值，如圖2.2所示。圖2.2 HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計3金相粗磨砂紙所用型號為180#，用來去除20鋼原材料外表的氧化物，為下一步手工細磨做準備。4金相細磨砂紙所用金相砂紙的號數(shù)為01、02、03、04、05，用來對試樣進行手工細磨，以便快速制備金相試樣。5金相試樣機械拋光機 所用型號為P-2，對金相試樣進行拋光處理，消除磨面上的磨痕及金屬擾亂層，以便制出平整、光亮、無痕的金相磨面，如圖2.3所示。圖2.3 金相試樣拋光

21、機64XB型金相顯微鏡對試樣進行顯金相微組織觀察和分析，如下列圖2.4所示。圖2.4 4XB型金相顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)圖7 金相分析儀選用GX60-DS型金相綜合分析系統(tǒng)，配備有高倍、中倍、低倍三個高質(zhì)量物鏡和數(shù)碼視頻采集與處理硬件，并配套有專用的微機和金相分析專業(yè)軟件。觀察金相顯微組織，拍照保存特征相圖，金相分析儀如圖2.5所示。圖2.5 金相分析儀2.3 試驗過程試驗通過對T10A鋼分別進行等溫球化退火和普通球化退火處理，然后對熱處理后的T10A鋼進行硬度測試和顯微組織分析，來研究完全退火與正火工藝處理對T10A鋼的組織和性能的影響。采用的具體工藝流程如圖2.6所示。 圖2.6 T10A等溫球

22、化退火與普通球化退火工藝比照分析試驗流程圖2.3.1試樣的準備原材料試樣是將給定的材料尺寸為30mm的T10A鋼棒制備為可供后續(xù)試驗運用的試樣。本次試驗共做這樣的試樣6個，為后面的試驗做好充分的準備。2.3.2試樣的熱處理工藝過程及原理(1T10A鋼的特點T10A鋼的特點：此鋼強度及耐磨性均較T8和T9高，但熱硬性低、淬透性不高且淬火變形大。適于制造切削條件差、耐磨性要求較高，且不受劇烈振動，需要一定韌性及具有鋒利刀口的各種工具，如車刀、刨刀、鉆頭、切紙機、低精度而外形簡單的量具(如卡板等)，可用作不受較大沖擊的耐磨。通用低淬透性冷作模具鋼，高級高碳工具鋼，優(yōu)點是可加工性能好，價格廉價，來源容

23、易，但是淬透性較差，淬火變形大，因為鋼中含有合金元素少，回火抗力低，因而承載能力低。雖有高的硬度和耐磨度，但是小截面工件韌性缺乏，大截面段坯有剩余網(wǎng)狀碳化物傾向。完全球化的最低加熱溫度740，最正確等溫溫度690720。(2） T10A球化退火組織轉(zhuǎn)變規(guī)律 加熱時奧氏體成分越不均勻，退火后越容易得到球化組織。將過共析鋼為片狀珠光體加熱到略高于Ac1溫度短時間保溫后，得到奧氏體加未溶滲碳體。此時滲碳體已不是完整的片狀，而是厚薄不均凹凸不平，有些地方已經(jīng)溶解斷開。延長保溫時間，這些未溶滲碳體將逐漸趨于球化。將鋼從加熱溫度緩冷至Ar1以下，奧氏體將同時析出碳化物及鐵素體即珠光體轉(zhuǎn)變。加熱時形成球狀碳

24、化物質(zhì)點以及奧氏體中含碳量較高的局部將成為碳化物核心。長大成球狀碳化物。最終得到在鐵素體基體上均勻分布著球狀碳化物的球狀珠光體。(3球化退火工藝及目的球化退火的具體工藝有：普通緩冷球化退火，緩冷適用于多數(shù)鋼種，尤其是裝爐量大時，操作比擬方便，但生產(chǎn)周期長；等溫球化退火，適用于多數(shù)鋼種，特別是難于球化的鋼以及球化質(zhì)量要求高的鋼如滾動軸承鋼；其生產(chǎn)周期比普通球化退火短，不過需要有能夠控制共析轉(zhuǎn)變前冷卻速率的爐子；周期球化退火，適用于原始組織為片層狀珠光體組織的鋼，其生產(chǎn)周期也比普通球化退火短，不過在設(shè)備裝爐量大的條件下，很難按控制要求改變溫度，故在生產(chǎn)中未廣泛采用；低溫球化退火，適用于經(jīng)過冷形變加

25、工的鋼以及淬火硬化過的鋼后者通常稱為高溫軟化回火；形變球化退火，形變加工對球化有加速作用，將形變加工與球化結(jié)合起來，可縮短球化時間。它適用于冷、熱形變成形的鋼件和鋼材如帶材是在Acm或Ac3與Ac1之間進行短時間、大形變量的熱形變加工者。 本實驗由于時間及設(shè)備原因主要研究普通球化退火和等溫球化退火對T10A對組織和硬度的影響球化退火是使鋼獲得彌散分布于鐵索體基體上的細粒狀(球狀碳化物組織。其目的為改善切削性能，減小淬火時的變形開裂傾向性，為鍛件得到相當(dāng)均勻的最終性能。球化退火主要應(yīng)用于軸承零件、刀具、冷作模具等的預(yù)備熱處理，以改善切削加工性能及加工精度，消除網(wǎng)狀碳化物所引起的工具的脆斷和刃口崩

26、落，提高軸承的接觸疲勞壽命等。中碳及中碳合金鋼只當(dāng)要求硬度極低而韌性極高例如用于冷沖壓坯料時，才用球化退火，低碳鋼般不進行球化退火，否那么由于硬度過低160170HBS反而使切削加上性能變壞。在工具鋼及軸承鋼碳化物球化的概念中，應(yīng)該包括一次碳化物、二次碳化物(由奧氏體中析出)及共析碳化物這三方面的球化。一次碳化物系鑄錠柱晶偏析所引起的亞穩(wěn)定奧氏體結(jié)晶產(chǎn)物，顆粒尺寸較大，常沿軋制方向分布，形成偏析碳化物帶，硬度高、脆性大，易造成淬火裂紋，使鋼的耐磨性變差，以至工件在使用中造成外表脫落或中心破裂。一次碳化物的球化主要需要合理的鍛造工藝，例如反復(fù)拉拔(相當(dāng)大的總鍛造比在十幾、二十幾以上)和適當(dāng)?shù)母邷?/p>

27、擴散退火來得到。 二次碳化物及共析鋼化物的球化與鍛造過程有關(guān)。為了使退火后能獲得均勻分布的粒狀碳化物，鍛造后的組織應(yīng)為細片狀珠光體及細小網(wǎng)狀碳化物(或含有少量馬氏體)。如果終鍛溫度過高或冷卻太慢，那么易引起大網(wǎng)狀碳化物，退火中無法消除。如退火溫度太低(800)，碳化物易沿晶界變形方向析出而形成線條狀組織，退火后將有方向性，使工性能變壞。珠光體片較細時，球化退火時可采用較低的溫度和較短的時間。退火溫度愈低，那么溶解的碳化物數(shù)量越多，容易獲得均勻分布的細粒狀珠光體組織。珠光體片較粗時，在正常退火工藝情況T2不易獲得均勻的細粒狀珠光體。因此，為了得到良好的球化組織，必須嚴格控制鍛造工藝過程。球化退火

28、的目的：軟化毛坯。球狀碳化物比片狀碳化物切削阻力要小，車刀對球狀碳化物切削的幾率也比片狀的要小有利于切削加工。為淬火提供理想的預(yù)備組織。碳化物球化后在淬火加熱時不易熔解未溶的碳化物起阻礙晶粒長大的作用細化了淬火馬氏體組織，提高了材料的韌性。(4影響球化質(zhì)量的因素化學(xué)成份的影響。碳素工具鋼隨著含碳量的增加，碳化物的數(shù)量增多，可獲得球狀碳化物的奧氏化的加熱溫度范圍增大。原始組織的影響。奧氏體越細，在奧氏體化時的殘留碳化物顆粒也越多，冷卻時的球化核心也越多，球化效果越好，反之球化效果越差。加熱溫度和加熱時間的影響。 當(dāng)加熱溫度比擬低(如稍高于Ac1)且加熱時間較短時，原片狀珠光體中的碳化物溶解不夠充

29、分，退火后將得到細粒狀加細片狀混合的珠光體組織，通常稱為“欠熱組織 當(dāng)球化退火加熱溫度過高時，碳化物大量解入奧氏體殘留碳化物數(shù)量減少，奧氏體成分趨向均勻，因形成球狀碳化物的核心減少，退火后將得到局部或全部粗大片狀珠光體，這就是“過熱組織。欠熱組織和過熱組織相比擬，欠熱組織層片間的尺寸短小，當(dāng)珠光體片層間距稍大時片的尺寸仍然短小彎曲；過熱組織的片間距大、片長且直，即使片間距小，片的形態(tài)仍然是長而直的。冷卻速度的影響 在球化的冷卻條下、冷卻速度慢或等溫溫度高時，碳化物顆粒聚集尺寸增大；冷卻速快或等溫溫度低時，因過冷度增大，碳化物形核率增加，加之聚集不充分，所得碳化物的顆粒細小15。 表2.3 T1

30、0A鋼的牌號、化學(xué)成分和力學(xué)性能鋼號化 學(xué) 成 分%CSiMnPST10A0.951.040.350.400.0300.020冷卻速度是影響球化效果的又一因素。冷卻速度的大小直接影響到粒狀碳化物的顆粒大小和均勻性，當(dāng)加熱溫度一定時，冷卻速度越小，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變時在高溫區(qū)經(jīng)歷時間越長，析出的碳化物進行擴散、聚集的時間就會越充分，形成的碳化物顆粒就越大而且均勻；反之，就會得到硬度偏高的細粒狀組織，對切削加工不利。 (5)球化退火球化過程球化過程。球化過程是一個比擬緩慢的過程。原始組織為球狀珠光體的鋼,剛加熱到Ac1以上溫度時，珠光體中的片狀碳化物開始溶解，而又未完全溶解。出于溫度低，擴散過程進

31、行得緩慢，此時，一片碳化物逐漸斷開，呈許多細小的鏈狀或點狀,彌散分布在奧氏體基體上。未完全溶解的碳化物導(dǎo)致奧氏體的成分極不均勻，在隨后緩冷過程中，或以原有的碳化物質(zhì)點為核心，或在奧氏體中碳原子富集的地方產(chǎn)生核心，均勻地形成顆粒狀碳化物。剛形成的碳化物顆粒很小，在保溫或緩冷過程中發(fā)生聚集，長大成較大的顆粒。由此可見，球化過程需要碳原子作較長距離的擴散遷移，最終形成球化組織。(6)試樣的等溫退火工藝等溫球化退火工藝是將共析鋼或過共折鋼加熱到Ac1+(2030)，保溫適當(dāng)時間，然后冷卻到那么低于Ar1，以下的溫度，等溫保持一定時間(使等溫轉(zhuǎn)變進行完畢)，然后爐冷或空冷的球化退火工藝，如果原始組織個網(wǎng)

32、狀碳化物較嚴重，那么需加熱到略高于Acm的溫度，使網(wǎng)狀碳化物溶人奧氏體，然后再較鉸地冷卻到Arl以下溫度進行等溫球化退火。在等溫球化退火工藝的制訂中，奧氏體化溫度及等溫轉(zhuǎn)變溫度十分重要。奧氏體化溫度較高，未溶碳化物數(shù)量較少，奧氏體晶粒較大，而且其中碳濃度的分布也較均勻，因而和利于球化過程的進行。等溫轉(zhuǎn)變溫度較低別，碳(及合金元素)在奧氏體中擴散較困難，也不利于球化過程的進行。只有當(dāng)奧氏體化溫度較低，等溫轉(zhuǎn)變溫度較高的處理規(guī)程下，才能得到球化組織9。2.4加熱溫度的經(jīng)驗公式熱處理工藝加熱溫度/保熱時間/h等溫溫度/等溫時間/h等溫球化退火普通球化退火Ac1+(20-40)Ac1+(20-40)2

33、323Ac1以下10無46無查熱處理手冊可知，T10A鋼屬于共析鋼，其臨界點Ac3為730，Ar1那么為700。其加熱溫度可選擇在740780。根據(jù)球化退火的加熱溫度范圍，以760為中心在該溫度上下分別選擇等溫退火溫度，分別為740、760和780。等溫溫度為690。試樣普通球化退火工藝曲線如圖2.7所示。圖2.7試樣等溫球化退火工藝曲線(7) 試樣的普通球化退火工藝普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上2030，保溫適當(dāng)時間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500左右出爐空冷。試樣普通球化退火工藝曲線如圖2.8所示。 圖2.8試樣普通球化退火工藝曲線2.3.3試樣硬度值的測試 金屬硬度檢測是評價金屬力學(xué)性

34、能最迅速、最經(jīng)濟、最簡單的一種試驗方法。硬度檢測的主要目的就是測定材料的適用性，或材料為使用目的所進行的特殊硬化或軟化處理的效果。是評定金屬材料力學(xué)性能最常用的指標之一。硬度的實質(zhì)是材料抵抗另 一硬材料壓入的能力。對于被檢測材料而言，硬度是代表著在一定壓頭和試驗力作用下所反映出的彈性、塑性、強度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性能。由于通過硬度試驗可以反映金屬材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝條件下性能的差異，因此硬度試驗廣泛應(yīng)用于金屬性能的檢驗、監(jiān)督熱處理工藝質(zhì)量和新材料的研制。金屬硬度檢測主要有兩類試驗方法。一類是靜態(tài)試驗方法，這類方法試驗力的施加是緩慢而無沖擊的。硬度的測定主要

35、決定于壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小。靜態(tài)試驗方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等。其中布、洛、維三種試驗方法是應(yīng)用最廣的，它們是金屬硬度檢測的主要試驗方法。這里的洛氏硬度試驗又是應(yīng)用最多的，它被廣泛用于產(chǎn)品的檢驗，據(jù)統(tǒng)計，目前應(yīng)用中的硬度計70%是。另一類試驗方法是動態(tài)試驗法，這類方法試驗力的施加是動態(tài)的和沖擊性的。這里包括肖氏和里氏硬度試驗法。動態(tài)試驗法主要用于大型的，不可移開工件的硬度檢測。 等溫球化退火理后的試樣和普通球化退火處理后的試樣，將進行硬度測試，分析試樣經(jīng)不同熱處理后的硬度值的大小，從而比擬其性能。測定硬度的方法很多，常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度

36、試驗方法。 本實驗采用洛氏硬度的測試法。洛氏硬度試驗是以錐角為120°的金剛石圓錐體或者直徑為1.588mm的淬火鋼球為壓頭，在規(guī)定的初載荷和主載荷作用下壓入被測金屬的外表，然后卸載主載荷，從而測得試件硬度的實驗。為了能用同一硬度計測定從極軟到極硬材料的硬度，可以通過采用不同的壓頭和載荷，組成15種不同的洛氏硬度標尺，其中最常用的由HRA 、HRB、HRC三種。其試驗標準如表2.5所示。表 2.5 三種常用洛氏硬度的試驗標準符號壓頭類型載荷/N硬度有效范圍使用范圍HRA120°金剛石圓錐體6007085適用于測量硬質(zhì)合金、外表淬火層或滲碳層HRB直徑為1.588mm的淬火鋼

37、球100025100適用于測量有色金屬、退火鋼、正火鋼等HRC120°金剛石圓錐體1500N2067適用于測量調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等2.3.4試樣的磨制金相試樣的磨制一般分為粗磨和細磨兩類。粗磨的目的是為了獲得平整的金相磨面。一般粗磨都選擇在預(yù)磨機上進行。本實驗將球化退火后的試樣在預(yù)磨機上磨制，直至試樣外表氧化物去除干凈，以得到平整的金相磨面，為下一步研磨做準備。將粗磨后的試樣用清水沖洗并擦干后再進行細磨。本實驗采用手工細磨，即將試樣依次在由粗到細的各號金相砂紙上進行細磨。采用的金相砂紙?zhí)枖?shù)有01、02、03、04、05五種表2.6。細磨時為了保證觀察面的平整，需在金相砂紙下放一塊厚玻璃板

38、，磨制時將金相砂紙平鋪在厚玻璃板上，用左手按住砂紙，右手握住試樣，使金相磨面朝下并與金相砂紙相接觸，在輕微壓力的作用下向前推磨，用力力求均勻、平穩(wěn)，防止磨痕過深和造成金相磨面變形；試樣退回時要抬起，不能與金相砂紙相接觸，用“單程、單向的磨制方法，直至磨掉試樣磨面上的舊痕跡，形成的一層新的、均勻一致磨痕為止。在調(diào)換下一號砂紙時，應(yīng)將試樣上的磨屑和砂粒清理干凈，并轉(zhuǎn)動90°角，即與上一號砂紙磨擦的磨痕垂直，直到將上一號砂紙留下來的磨痕全部消除為止。這樣，依次經(jīng)過五種砂紙的磨制后，形成磨面平整光滑，猶如鏡面時，那么細磨結(jié)束。表2.6 干砂紙編號和粒度尺寸編號磨料尺寸微米按粒度標號特定標號W

39、40040-28W280128-10W200210-14W140314-10W100410-7W7057-5W5065-3.52.3.5試樣的拋光金相試樣經(jīng)細磨后，磨面上仍然存在細微的磨痕及金屬擾亂層，影響正常的組織分析，因而必須進行拋光處理，以得到平整、光亮、無痕的金相磨面。本實驗采用的是機械拋光法。本實驗采用的拋光機型號為P-2，拋光時應(yīng)在拋光盤上鋪以細帆布、平絨、絲綢等拋光織物，并不斷滴注拋光液。在本次實驗采用拋光液為氧化鉻的細粉末狀磨料在水中形成的懸浮液。操作時將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并且沿著拋光盤的邊緣到中心不斷地作徑向往復(fù)運動，同時使試樣本身略加轉(zhuǎn)動，使磨面各局部拋光程

40、度-致，并且可以防止出現(xiàn)“曳尾現(xiàn)象，拋光液的滴入量以試樣離開拋光盤后，其外表的水膜在數(shù)秒鐘內(nèi)可自行揮發(fā)為宜，-般拋光時間為35min。待試樣磨面光亮無痕，其中石墨或夾雜物保存，且沒有“曳尾現(xiàn)象時，那么拋光結(jié)束。根據(jù)上表可知，T10A鋼退火處理和正火處理均可采用HRB的硬度標尺。故采用 HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計測試。洛氏硬度是一種壓入硬度試驗，以測的深度大小表示材料的硬度值。由于壓痕較小，測得的數(shù)據(jù)不夠準確，通常在試樣不同部位測定三點取其算術(shù)平均值。2.3.6試樣的浸蝕拋光后的試樣磨面是一光滑的鏡面，在金相顯微鏡下只能看到非金屬夾雜物、石墨、孔洞、裂紋等，要觀察金屬的組織特征，還必須經(jīng)過適

41、當(dāng)?shù)慕g，使金屬組織正確地顯示出來。本實驗采用的是化學(xué)浸蝕法。化學(xué)浸蝕法是將拋光好的試樣磨面在化學(xué)浸蝕劑常用酸、堿、鹽的酒精或水溶液中浸蝕或擦拭一定的時間，借助于化學(xué)或電化學(xué)作用顯示金屬組織的方法。T10A鋼采用的浸蝕劑是4%的硝酸酒精溶液，浸蝕時，將試樣磨面浸入盛有浸蝕劑的容器內(nèi)，浸蝕適當(dāng)時間后本實驗腐蝕時間大約為1s，等磨面發(fā)暗時停止浸蝕。然后迅速用清水沖洗干凈，用無水酒精擦洗，最后用吹風(fēng)機吹干。2.3.7顯微組織的觀察在完成試樣的浸蝕后，就可以在金相顯微鏡下觀察試樣的金相組織。本實驗采用的是4XB型金相顯微鏡。將浸蝕后的試樣在金相顯微鏡下進行其組織的形態(tài)、特征及組成進行分析。第3章 試驗

42、結(jié)果及分析3.1實驗結(jié)果3.1.1力學(xué)性能試驗試樣在熱處理后進行了硬度測試。試樣等溫球化退火后，測量其硬度值如下表3.1表所示，普通球化后試樣的硬度值如下表3.2所示。表3.1 等溫球化退火后試樣的硬度值HRB試樣等溫球化退火工藝加熱溫度740等溫溫度690/隨爐冷至520后空冷加熱溫度760等溫溫度690/隨爐冷至520后空冷加熱溫度780等溫溫度690/隨爐冷至520后空冷硬度值49.049.550.053.253.654.255.556.456.0平均值49.553.756.0表3.2 普通球化退火后試樣的硬度值HRB試樣普通球化退火工藝加熱溫度740隨爐冷至520后空冷加熱溫度760隨

43、爐冷至520后空冷加熱溫度780隨爐冷至520后空冷硬度值/HRB56.957.856.060.561.058.763.364.263.7平均值/HRB56.960.063.7從表3.1和表3.2中的試樣的洛氏硬度值可以看出，T10A鋼試樣等溫球化退火后的硬度低于同樣加熱溫度的普通球化退火。這是因為等溫球化退火在等溫的時間里碳化物核心能充分長成球化物。經(jīng)等溫球化退火和普通球化退火的T10A鋼試樣硬度都隨加熱溫度的升高而升高。這是因為加熱溫度較低時，奧氏體中殘留有未溶碳化物，且奧氏體的碳濃度很不均勻，緩冷時在高碳區(qū)可非自發(fā)形成碳化物核長大成球狀碳化物。或未溶碳化物直接長大形成球狀珠光體。相反如果

44、奧氏體化溫度較高碳化物溶解完全，奧氏體成分均勻，冷卻時章程片狀珠光體。3.1.2金像組織試驗(1) 試樣等溫球化退火的組織分析 為了更好的了解T10A鋼熱處理后的組織，在進行熱處理之后T10A鋼的組織進行了金相顯微組織的分析，拍了顯微組織圖，如圖3.1所示。其中圖3.1a是T10A鋼在740等溫退火后放大600倍的顯微組織圖。從圖上可以看到黑色局部和白色局部大體分布均勻，白色局部占的比例大于黑色局部所占比例。其中白色局部為鐵素體，黑色局部為珠光體。圖3.1b為T10A鋼在760等溫退火后放大125倍的顯微組織圖。圖3.1c為T10A鋼在780等溫退火后放大600倍的顯微組織圖。 (aT10A加

45、熱溫度740600× bT10A加熱溫度760600× bT10A加熱溫度780600×圖3.1 T10A鋼等溫球化退火后的組織T10A鋼等溫球化退火后的室溫組織由鐵素體和珠光體組成，且隨著加熱溫度低的式樣球化率高。780比740加熱溫度下的珠光體更粗大。(2) 試樣普通球化退火的組織分析 圖3.2所示為T10A鋼在740、760、780分別進行普通球化退火后的顯微組織圖。從圖中可以看出， 圖3.2a為T10A在740溫度下普通球化退火后的組織，圖3.2b為T10A在760溫度下普通球化退火后的組織，圖3.2(c)為T10A在780溫度下普通球化退火后的組織。 (

46、a)T10A鋼加熱溫度740600X (b)T10A鋼加熱溫度760600X(c)T10A鋼加熱溫度760600X圖3.2 T10A鋼普通球化退火后的組織T10A鋼普通球化退火后的室溫組織由鐵素體和滲碳體組成，在鐵素體基體上均勻分布著球狀碳化物的球狀珠光體。但得到的珠光體局部或全部呈片狀，球化率不高。隨著將熱溫度的升高珠光體的形狀也更加粗大。(3) 相同加熱溫度下試樣球化退火的組織分析 為了更好的了解不同球化退火工藝對T10A組織性能的影響本實驗將相同溫度下進行的等溫球化退火和普通球化退火所得到的組織進行分析比擬。在圖3.3中，圖3.3a為T10A鋼等溫球化退火后的組織，圖3.3b為T10A鋼

47、等溫球化退火后的組織。加熱溫度為740。 aT10A鋼等溫球化退火組織600× bT10A鋼普通球化退火組織600×圖3.3 T10A鋼740球化退火后的組織在圖3.4中，圖3.4a為T10A鋼等溫球化退火后的組織，圖3.4b為T10A鋼等溫球化退火后的組織，加熱溫度為760。 aT10A鋼等溫球化退火組織600× bT10A鋼普通球化退火組織600×圖3.4 T10A鋼760球化退火后的組織在圖3.4中，圖3.5a為T10A鋼等溫球化退火后的組織，圖3.5b為T10A鋼等溫球化退火后的組織。加熱溫度為780。 aT10A鋼等溫球化退火組織600

48、5; bT10A鋼普通球化退火組織600×圖3.5 T10A鋼780球化退火后的組織等溫球化退火與普通球化退火后的組織相比： T10A鋼等溫球化退火后的室溫組織由鐵素體和珠光體組成，是在鐵素體基體上均勻分布著球狀碳化物的球狀珠光體。球化率高。T10A鋼普通球化退火后的室溫組織由鐵素體和珠光體體組成。但得到的珠光體局部或全部呈片狀。球化率不高晶粒組織。 3.4 等溫球化退火和普通球化退火的綜合分析及其實際應(yīng)用對T10A鋼而言，等溫球化退火和普通球化退火相比，二者的加熱溫度相同，但等溫球化退火經(jīng)過保溫階段使細小碳化物趨于彌散，這樣使得球化效果更好。因此，T10A鋼等溫球化退火后組織中得珠

49、光體呈球狀，珠光體數(shù)量較多，且珠光體片間距較小，由于等溫球化后的組織較細，所以比完全退火狀態(tài)具有較好的綜合力學(xué)性能。正火后鋼的硬度略高于退火，因而其切削加工性能更好。一般地說鋼的硬度在180220HBS范圍內(nèi)時，切削加工性能最好。球化退化是碳素工熱處理，是保證均勻淬火和防止淬裂以及淬、回火后，碳化物分布均勻一致所不可缺少的。此外，球化退火有時也用于常溫下進行塑性加工的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。球化退火在模具制造中的作用主要表達在以下幾個方面：顯著提高鋼的切削加工性由于切削加工費約占工模具制造費用的80%，故此項費用的節(jié)約不應(yīng)無視；球化退火后的工具鋼，碳化物細致均勻分布，使淬火后的韌度明顯提高，可有效防止淬火變形及開裂因為最劇烈的畸變都是發(fā)生在碳化物有變化的情況下并可提高耐磨性；球化退火使奧氏體晶粒不易粗化，允許有較寬的淬火溫度范圍。如Cr12型鋼淬火溫度范圍較窄，經(jīng)球化退火后可得到一定改善。1模具鋼的球化退火缺陷具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼和滾動軸承鋼等淬火前必須進行的預(yù)備模具鋼球化退火常出現(xiàn)球化不完全的組織缺陷。其主要原因是：球化溫度偏低，時間太短，片狀碳化物未完全溶解，致使球化組織中出現(xiàn)一定比例的細層狀珠光體。對已出現(xiàn)這種缺陷的鋼件，應(yīng)嚴格按工藝重新球化。（2） 滾動軸承鋼的球化退火滾動軸承鋼具有較高的含碳量和含Cr量，其退火后具有與工具鋼相同的金相組織珠光體+碳化物，并常用于