碳鋼的熱處理后硬度測(cè)定以和金相分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)七 碳鋼的熱處理及硬度測(cè)定以及金相分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 碳鋼的熱處理及硬度測(cè)定、金相分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：綜合實(shí)驗(yàn)所屬課程名稱：金屬材料與熱處理實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)：4一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉碳鋼的基本熱處理(退火、正火、淬火及回火)工藝方法。(2) 了解含碳量、加熱溫度、冷卻速度等因素與碳鋼熱處理后性能的關(guān)系。(3)分析淬火及回火溫度對(duì)鋼性能的影響。(4)學(xué)會(huì)洛氏硬度計(jì)的使用。(5)學(xué)會(huì)采用不同的熱處理工藝，將會(huì)得到不同的組織結(jié)構(gòu)，從而使鋼的性能 發(fā)生變化。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法， 熱處理的主要目的是改善鋼材性 能，提高工件使用壽命。鋼的熱處理工藝特點(diǎn)是將鋼加熱到一定的溫

2、度，經(jīng)一定時(shí)間的保溫，然后以某種速度冷卻下來(lái)，通過(guò)這樣的工藝過(guò)程能使鋼的性能發(fā)生 改變。熱處理之所以能使鋼的性能發(fā)生顯著變化， 主要是由于鋼的內(nèi)部組織發(fā)生了 質(zhì)的變化。采用不同的熱處理工藝過(guò)程，將會(huì)使鋼得到不同的組織結(jié)構(gòu)， 從而獲 得所需要的性能。普通熱處理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。熱處理操作中，加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式是最重要的三個(gè)關(guān)鍵工序， 也稱熱處理三要素。正確選擇這三種工藝參數(shù)，是熱處理成功的基本保證。Fe-FeC 相圖和C-曲線是制定碳鋼熱處理工藝的重要依據(jù)。1、加熱溫度(1)退火加熱溫度：完全退火加熱溫度，適用于亞共析鋼，Ac+ (3050C)；球化退火加熱溫度，適

3、用于共析鋼和過(guò)共析鋼,Aci+ (3050C)。(2)正火加熱溫度：對(duì)亞共析鋼是Aq+(3050C)；過(guò)共析鋼是AGm+(3050C), 也就是加熱到單相奧氏體區(qū)。退火和正火的加熱溫度范圍見圖 2-1所示。圖2-1退火與正火的加熱溫度word格式資料(3)淬火加熱溫度：對(duì)亞共析鋼是 Aq+(3050C)；對(duì)共析鋼和過(guò)共析鋼是 Aci+ (3050C),見圖 2-2。鋼的臨界溫度 As Aq及Am,在熱處理手冊(cè)或合金鋼手冊(cè)中均可查到。再經(jīng)計(jì)算可求出鋼的熱處理溫度。也可以利用鐵碳相圖決定A、A及As點(diǎn)的溫度再加上1020C即近似As Aq及Am,然后再計(jì)算熱處理溫度。表 2-1是各種碳鋼的臨界溫度

4、)c700120011001000900A+ Fe C38000.81.6a 3F+ A a 16002.W(C)%圖2-2淬火加熱溫度范圍表2-1 各種碳鋼的臨界溫度類別鋼號(hào)臨界點(diǎn)溫度(C)淬火溫度ACiAC3 或 ACmAriA3碳20735855680835860880素30732813677835850870結(jié)40724790680760840860構(gòu)45724682682751840860鋼5072569069075077080060725695695743860880碳T7730770700-780800素T8730-700-780800工T10730800700-760800具T

5、12730820700-760800鋼760800(4)回火溫度：鋼淬火后必須要回火?；鼗饻囟葲Q定于最終所要求的組織和 性能。按加熱溫度，回火可分為低溫、中溫及高溫回火三類。低溫回火在150250c 進(jìn)行回火，所得組織為回火馬氏體，硬度約為HRC60常用于切削刀具和量具；中溫回火是在350500c進(jìn)行回火，硬度約為HRC3545主要用于各類彈簧熱處 理；高溫回火是在500650c進(jìn)行，所得組織為回火索氏體，硬度為HRC2535 用于結(jié)構(gòu)零件的熱處理；高于 650c的回火為珠光體，硬度較低。例如，45鋼的回火溫度經(jīng)驗(yàn)公式如下T=200+K (60-X)式中K系數(shù)，當(dāng)回火

6、后要求的硬度值大于 HRC30寸，K=11;當(dāng)硬度值小 于 HRC30寸，K=12;X所要求白硬度值(HRC。2、加熱時(shí)間熱處理加熱時(shí)間與許多因素有關(guān)，例如工件的尺寸、形狀、使用的加熱設(shè)備、 裝爐量、鋼的種類；熱處理類型、鋼材的原始組織、熱處理的要求和目的等。上 述因素都要綜合考慮，具體參考數(shù)據(jù)可查有關(guān)手冊(cè)。3、冷卻方法熱處理的冷卻方法至關(guān)重要，控制不同的冷卻速度(即采用不同的冷卻 方式)，可得到不同的組織，從而有不同的性能。(1)退火一般采用隨爐冷卻，冷到 500c左右，可以出爐空冷，不必在爐中冷到室溫。(2)正火 多采用在空氣中冷卻，大件常進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。(3)淬火 采用急冷方式，即冷卻速度

7、應(yīng)超過(guò)鋼的臨界冷卻速度， 以保證得 到馬氏體組織，另一方面冷卻速度應(yīng)當(dāng)盡量緩慢， 以減少內(nèi)應(yīng)力，避免變形和開 裂。為了調(diào)和上述矛盾，可以采用適當(dāng)?shù)睦鋮s劑和冷卻方式。 常用的淬火方法有 雙液淬火、分級(jí)淬火、單液淬火、等溫淬火等。常用的淬火介質(zhì)有清潔的自來(lái)水、濃度為510%勺NaCl水溶液、礦物油等。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備和材料1 、箱式電爐及控溫儀表；2 .水銀溫度計(jì)；3 .洛氏硬度機(jī)；4 .拋光機(jī)；5 .金相顯微鏡；6 .冷卻劑：水、油；7 .試樣：20鋼、45鋼、T12鋼。四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟及測(cè)試結(jié)果1 .淬火部分的內(nèi)容及具體操作步驟(1)根據(jù)淬火條件不同，分五個(gè)小組進(jìn)行，見表 3-2(2)加

8、熱前先將全部試樣測(cè)定硬度，一律用洛氏硬度測(cè)定。(3)根據(jù)試樣鋼號(hào)，按照Fe-Fe3c相圖確定淬火加熱溫度和保溫時(shí)間(可 按1分鐘/每毫米直徑計(jì)算)。(4)各組將淬火及正火后的試樣表面用砂紙磨平，以測(cè)出硬度值( HRC 填入表2-2。表2-2淬火實(shí)驗(yàn)組 別淬火加 熱溫度 (C)冷卻 方式20鋼45鋼T12鋼處理前 硬度處理后 硬度處理前 硬度處理后 硬度處理前硬 度處理后 硬度11000水冷2750水冷3860空冷4860油冷5860水冷注：14組各種鋼號(hào)一塊，5組除20、T12鋼各一塊外，45鋼取五塊，以供回火用。2 .回火部分的內(nèi)容及具體步驟：(1)根據(jù)回火溫度不同，分五個(gè)小組進(jìn)行，見表 3

9、-3。各小組將已經(jīng)正常淬 火并測(cè)定過(guò)硬度的45鋼試樣分別放入指定溫度的爐內(nèi)加熱，保溫 30分鐘, 然后取出空冷。(2)有砂紙磨光表面，分別在洛氏硬度機(jī)上測(cè)定硬度值。(3)將測(cè)定的硬度值分別填入表2-3中。表2-3回火實(shí)驗(yàn)組別135回火溫度200 c400 c600 c回火前HRC回火后HRC3 .洛氏硬度計(jì)測(cè)量方法：(1)選擇合適的壓頭及載荷。(2)根據(jù)試件大小和形狀選擇載物臺(tái)。(3)試件上下兩面磨平，然后置于載物臺(tái)上。(4)加預(yù)載荷，按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的手輪，將試樣與壓頭接觸， 并觀察讀數(shù)百分表上小針移動(dòng)至小紅點(diǎn)上為止。(5)調(diào)整讀數(shù)表盤，使百分表盤上的長(zhǎng)針對(duì)準(zhǔn)硬度值的起點(diǎn)，如測(cè) HR

10、C HRAM度時(shí)，把長(zhǎng)針與表盤上的黑字 G處對(duì)準(zhǔn)；測(cè)量HRBM,使長(zhǎng)針 與表盤上紅字B對(duì)準(zhǔn)。(6)加主載荷。平穩(wěn)地扳動(dòng)加載手柄，手柄自動(dòng)長(zhǎng)高至停止位置(時(shí)間為 57秒)，并停留10秒。(7)卸除主載荷。扳回加載手柄至原來(lái)位置。(8)讀數(shù)。表上長(zhǎng)針指示的數(shù)字為硬度的讀數(shù)。HRC HRA讀黑數(shù)字；HRB讀紅數(shù)字。(9)下降載物臺(tái)，取出試樣。(10)用同樣方法在試件的不同位置測(cè)三個(gè)數(shù)據(jù),取其算術(shù)平均值為試件的硬度值。4,各試樣金相組織觀察。觀察和并繪畫各碳鋼不同熱處理?xiàng)l件下的顯微組織特征；5.注意事項(xiàng)(1)本實(shí)驗(yàn)加熱和用的都為電爐，由于爐內(nèi)電阻絲距離爐膛較近，容易漏電，所以電爐一定要接地，在放、取試

11、樣時(shí)必須先切斷電源。(2)往爐中放、取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油和水。開關(guān)爐門要迅速，爐門打開時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。(3)試樣由爐中取出淬火時(shí)，動(dòng)作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質(zhì)量。(4)試樣在淬火液中應(yīng)不斷攪動(dòng)，否則試樣表面會(huì)由于冷卻不均而出現(xiàn)軟點(diǎn)。(5)淬火時(shí)水溫應(yīng)保持2030C左右，水溫過(guò)高要及時(shí)換水。(6)淬火或回火后的試樣均要用砂紙打磨表面，去掉氧化皮后再測(cè)定硬度值。(7)試件的準(zhǔn)備：試件表面應(yīng)磨平、且無(wú)氧化皮和油污等；試件形狀應(yīng)能 保證試驗(yàn)面與壓頭軸線相垂直，測(cè)試過(guò)程應(yīng)無(wú)滑動(dòng)。(8)壓痕間距或壓痕與試件邊緣 HRA>2.5mmHRC>2.5mmHRB>4mm不同的洛氏硬度有不同的適用范圍，應(yīng)按附錄表2選擇壓頭及載荷。這是因?yàn)槌鲆?guī)定的測(cè)量范圍時(shí)，硬度計(jì)的精確度及靈敏度均較差，以致結(jié)果的準(zhǔn)確性較差。例如HRB102 HRC18?的寫法是不準(zhǔn)確的，是不宜使用的。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1 .實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求內(nèi)