熱處理實驗報告

金屬材料熱處理實驗報告一、 實驗目的了解熱處理工藝、組織和性能之間的關(guān)系。了解熱處理設(shè)備和熱處理工藝的實際操作，熟悉合金元素在低合金結(jié)構(gòu)鋼中的作用?？疾閷W生綜合運用所學理論和實驗技術(shù)的能力，培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力。二、 實驗內(nèi)容與方案本實驗采用的材料：45鋼、T8鋼、40CrN遴岡三種。對于每一種鋼材，要求得到如下組織：⑴晶粒粗大的馬氏體+殘余奧氏體；晶粒細小的馬氏體+殘余奧氏體；回火馬氏體；回火屈氏體；回火索氏體；鐵素體(或滲碳體)+珠光體。對于45鋼和40CrNi鋼還要求得到如下組織：⑴屈氏體網(wǎng)+(馬氏體+殘余奧氏體)；(2)未轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的鐵素體+(馬氏體+殘余奧氏體)三、實驗設(shè)備與材料試樣：直徑甲14mm的40CrNi鋼圓柱狀小試樣，直徑甲15mm的45鋼圓柱狀小試樣，直徑甲16mm的T8鋼圓柱狀小試樣。熱處理加熱爐：高溫熱處理爐（V1300°C）2臺，中低溫熱處理爐（V900°C）5臺硬度計（洛氏硬度C標尺）金才目顯微鏡01ympusLEXTOLS4100及數(shù)碼照才目系統(tǒng)磨光機及金才目砂紙拋光機及拋光液浸蝕劑、酒精、玻璃器皿、竹夾子、脫脂棉、濾紙等四、 實驗工藝設(shè)計及實驗處理過程和結(jié)果處理1.工藝選擇40顯微組織粗大馬氏體細晶馬氏體屈氏體網(wǎng)+馬氏體鐵素體+珠光體鐵素體+馬氏體擬用工藝1000C30min水冷860C30min水冷860C30min油冷860C30min空冷860C30min水冷40CrNi顯微組織粗大馬氏體細晶馬氏體屈氏體網(wǎng)+馬氏體鐵素體+珠光體鐵素體+馬氏體擬用工藝1000C28min油冷860C28min油冷無860C28min空冷770C28min油冷T8(T12)顯微組織粗大馬氏體細晶馬氏體屈氏體網(wǎng)+馬氏體先共析滲碳體+珠光體擬用工藝1000C32min水冷770C32min水冷770C32min油冷770C32min空冷

表2實驗全部樣品的顯微組織及其熱處理工藝設(shè)計用表(要求回火)45顯微組織回火馬氏體(200°c)回火馬氏體(3000回火屈氏體(4000回火屈氏體(5000回火索氏體(6000擬用工藝淬火溫度/°c860°c860c860c860c860c回火溫度/c200c300c400c500c600c40CrNi顯微組織回火馬氏體(2000回火馬氏體(3000回火屈氏體(4000回火屈氏體(5000回火索氏體(6000擬用工藝淬火溫度/c860c860c860c860c860c回火溫度/c300c300c400c500c600cT8（T12）顯微組織回火馬氏體(2000回火馬氏體(3000回火屈氏體(4000回火屈氏體(5000回火索氏體(6000擬用工藝淬火溫度/c770c770c770c770c770c回火溫度/c200c300c400c500c600c工藝選擇分析：工藝的選擇的根據(jù)是亞共析鋼和共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，即CCT曲線。45鋼和40CrNi屬于亞共析鋼，T8鋼屬于過共析鋼，對應曲線如下圖所示。

5004g3002001Q05004g3002001Q0900800700min10 10* w 10*a時間Cs>亞共析鋼CCT曲線圖過共析鋼CCT曲線圖亞共析鋼得到馬氏體一般需要加熱到AC3線以上30-50°C，保溫然后快速冷卻。所以一般選擇860C作為熱處理工藝溫度。產(chǎn)生粗晶馬氏體的原因在于加熱溫度1000C已經(jīng)過高，馬氏體就會發(fā)生變形，晶粒粗大。860C細晶馬氏體性能硬度和韌性會更好。要想在不產(chǎn)生鐵素體的情況下得到屈氏體和馬氏體的混合物，就需要改變淬火的介質(zhì)，用冷卻速度更低的油來代替水參與淬火工藝。所以屈氏體+M就選擇860C油淬；當加熱溫度過低時組織中會產(chǎn)生F（鐵素體），所以選擇770C水冷的方式來得到M+鐵素體。由于空冷的冷卻速度明顯低于臨界冷速，所以會經(jīng)過珠光體區(qū)，所以選擇空冷來將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和鐵素體的混合物。40CrNi相對于45鋼而言Cr和Ni的含量增加，C含量減少，C曲線發(fā)生右移，所以相比45鋼來說需要用油這種冷卻速度較慢的介質(zhì)代替水來完成淬火工藝。產(chǎn)生粗晶馬氏體的原因依然是加熱溫度過高。冷卻的時間較45鋼略有減少，般只需要28min即可。對于T8鋼這種過共析鋼而言，一般加熱溫度只需要在AC1線以上30-50°C，所以細晶馬氏體的熱處理工藝溫度選擇為770攝氏度。獲得屈氏體+M的方式仍需要采取油淬的方式來實現(xiàn)。獲得先共析滲碳體和珠光體則需要冷卻速度比油的速度更慢，所以選擇空冷的熱處理方法。合金元素的擴散很緩慢，因此對合金鋼應采取較高的加熱溫度和較長的保溫時間，以得到比較均勻的奧氏體，從而充分發(fā)揮合金元素的作用，所以T8鋼的保溫時間較高，為32min?；鼗鸱N類示意圖（a-低溫回火b-中溫回火c-高溫回火）對于回火產(chǎn)物來說，回火一般分為低溫（150C-250C），中溫（350C-500C）和高溫回火（550C-650C）。不同回火溫度對應的組織分別是回火M,回火T和回火S?；鼗鸷蟮墓に囂幚砭鶠榭諝庵芯徛鋮s，即空冷。所以選擇了不同的熱處理工藝獲得相應的組織。實驗步驟：1） 在工藝卡上選擇鋼種及目標組織2） 利用游標卡尺確定對應鋼種試樣的直徑和長度并寫在工藝卡上3） 在工藝卡上填寫熱處理溫度及方法4） 設(shè)定箱式爐的溫度，將試樣放入箱式爐中，然后設(shè)置保溫溫度，保溫過程結(jié)束后取出試樣按照對應方式冷卻。5） 冷卻結(jié)束后放入葛氏硬度計測量硬度，記錄在工藝卡中。6） 進行試樣的金相制備過程。7） 金相制樣7.1手磨⑴磨樣前，清理實驗臺與玻璃板上的灰塵或磨料顆粒，以免影響磨樣質(zhì)量。將60#砂紙磨砂面向上平鋪于玻璃板上。（2）樣品無標記面為磨制面。根據(jù)需要可對磨制面進45”倒角0.5-1mm，手工或后續(xù)機磨均可。試樣磨制面朝下，一手按住砂紙，一手提住試樣健議用大拇指、食指和中指捏持試樣)，將試樣適當按壓緊貼砂紙沿直線推至砂紙邊緣(圖中a、b)，然后將試樣提起脫離砂紙表面并返回到起始位置(圖中cd)，再進行第二次磨制。如此反復進行單向打磨至磨制面平整且劃痕方向一致。依次換上從粗到細牌號砂紙進行單向磨制。每更換一道砂紙，試樣磨制面旋轉(zhuǎn)90”，使上道次劃痕與本道次劃痕方向季直。每道次磨制以磨面平整、劃痕方向一致覆蓋上道次劃痕為止。更換砂紙時注意清潔試樣磨制面和玻璃板，避免把上道次粗砂紙砂粒帶入下道次更細砂紙磨制過程中。(5)重復3-4步驟直至最細號砂紙。(6)手磨結(jié)束后，清理實驗臺，整齊擺放砂紙。7.2水磨⑴清潔試樣，避免將手磨砂粒帶入水磨過程中，先打開預磨機電源，再打開水龍頭調(diào)節(jié)水流大小，將磨制面手磨劃痕沿研磨盤半徑方向放置(因預磨機劃痕方向沿研磨盤切線方向，如此放置可保證預磨劃痕與手磨劃痕方向垂直)，施加一定壓力保持試樣在研磨盤上位置不動(避免產(chǎn)生其他方向劃痕)。當磨面平整、磨痕方向一致且完全消除上道次磨痕之后，本道次磨制結(jié)束?？梢来螕Q上從粗到細牌號水磨測砂紙進行下道次預磨。預磨結(jié)束后，關(guān)閉水龍頭，關(guān)閉電源，清理實驗臺。7.3拋光⑴清潔試樣，避免將砂較帶入拋光過程中。打開拋光機電源，穩(wěn)定拿持試樣，以適當壓力將試樣拋光面均勻按壓在拋光布表面進行拋光。拋光時試樣所受摩擦力隨施加壓力增大而變大，所需握持力也應隨之增大，因此開始拋光時應注意用力提持試樣樣品，而不要施加過大壓力，避免試樣脫手飛出。初始拋光時，試樣位置宜在拋光盤圓心附近，感覺適應了拋光握持感后，可逐步將試樣外移，這時試樣所處位置拋光盤線速度增大，試樣拋光面受摩擦力變大，拋光速度也加快。攝光過程中，可根據(jù)需要適當沾取拋光膏均勻涂抹于拋光面上后進行拋光，以加快拋光速度。拋光過程中適時、適量地打開水流，控制好拋光布的濕度。當拋光面上肉眼看不到劃痕，整個拋光面平整光亮如鏡，可清晰映像時，即可結(jié)束拋光。拋光結(jié)束后，關(guān)閉拋光機水源、電源，清理實驗臺和拋光機，將拋光膏等實驗用品整理放置。7.4浸位⑴將微光好后的試樣用大量清水沖洗，去除可能殘留的擦光布纖維等污漬。(2)用竹夾夾持吸滿45硝酸酒精的脫脂棉球均勻擦拭拋光面，拋光面應適當傾斜，避免浸蝕液流到手上。浸蝕過程中注意觀察試樣拋光面變化，待呈淺灰白后，即可使用大量清水沖洗拋光面，隨后立即用竹夾夾持吸滿無水酒精的脫脂棉球擦拭試樣拋光面，最后用吹風機吹干試樣表面。浸蝕結(jié)束浸蝕過程中應小心防止腐蝕液接觸到皮膚，若皮膚接觸到腐蝕液，應及時用清水沖洗。浸蝕結(jié)束后，及時清理實驗臺，確認水通關(guān)閉。將實驗器材整齊按原位置擺放。B.顯微觀察使用顯微鏡前必須保證手、樣品干燥整潔，不得殘留有水、腐蝕劑、拋光膏等。將試樣放于顯微鏡載物臺上，在機身右側(cè)根據(jù)鎖定方向指示打開調(diào)焦鎖定，調(diào)節(jié)粗調(diào)焦旋鈕，圖像從模糊變至大致清晰后施轉(zhuǎn)調(diào)救鎖定至“Lock”3點擊亮度進度條上方“自動”按鈕。使用搖桿調(diào)節(jié)試樣觀察區(qū)域至目標觀察區(qū)。在軟件中將鼠標指針置于視場上，用鼠標滾輪進行細微調(diào)焦。當視場最清晰后，可用鼠標點選“50x”按鈕，顯微鏡將自動切換至50倍物鏡。重復3、4步豫，將視場誘節(jié)至理相放大倍教和區(qū)域。選擇“自動”模式，點擊“激光觀察”，點擊“獲取”。查看45鋼生成曲線，并在工藝卡上填寫其他目標組織試樣的熱處理工藝，并生成溫度和硬度的關(guān)系曲線。工藝曲線45鋼的目標組織細晶馬氏體經(jīng)過淬火之后所得的工藝曲線圖1時實驗結(jié)果45鋼顯微組織細晶馬氏體回火馬氏體(2006回火屈氏體(400°C)回火索氏體(600C)硬度/HRC57.353.242.229.1顯微組織晶粒粗大的馬氏體鐵素體和珠光體屈氏體網(wǎng)和馬氏體硬度/HRC50.416.429.9硬度和溫度關(guān)系曲線曜度tROftC)ih-國火審氏作MOC國火審氏作MOC200C回火弟度CC)目標顯微組織照片40CrNi鋼顯微組織細晶馬氏體回火馬氏體(2006回火屈氏體(400°C)回火索氏體(600C)硬度/HRC55.150.442.235.3顯微組織晶粒粗大的馬氏體鐵素體和珠光體鐵素體和馬氏體硬度/HRC48.331.951.8硬度和溫度關(guān)系曲線JjfAlt■火■!■■姓瑕廈值(we)?otn而身因體 目火芻氏胃 回火座氏停 回火普氏登200C *"C *00rCI 回火混度(C)目標顯微組織照片材料組織顯微組織40CrNi鋼晶粒粗大的馬氏體,

晶粒細小的馬氏體回火馬氏體回火屈氏體回火索氏體鐵素體(或滲碳體)+珠光體鐵素體+馬氏體+殘余奧氏體晶粒細小的馬氏體回火馬氏體回火屈氏體回火索氏體鐵素體(或滲碳體)+珠光體鐵素體+馬氏體+殘余奧氏體T8鋼顯微組織細晶馬氏體回火馬氏體(2006回火屈氏體(400°C)回火索氏體(600C)硬度/HRC64.157.145.520.0顯微組織晶粒粗大的馬氏體鐵素體和珠光體硬度/HRC58.930.9

硬度和溫度關(guān)系曲線供晶馬氐律 回典馬氐慘 回火尾氐伴網(wǎng)* 4Qq'C畫火溫國＜C)目標顯微組織照片材料組織顯微組織T8鋼…'體.晶粒細小的馬氏體

分析淬火溫度、淬火介質(zhì)對組織和性能的影響；淬火溫度的選擇隨鋼種不同而異，但均應以得到細小均勻的奧氏體晶粒為原則，以便冷卻后獲得細小馬氏體。淬火溫度過高，會增加鋼材的氧化和脫碳，并且由于奧氏體晶粒的長大，淬火后得到粗大馬氏體，工件易變形開裂，機械性能下降。淬火溫度過低則鋼件不能完全奧氏體化，得到鐵素體加馬氏體組織為不完全淬火，機械性能也達不到要求。圖1Fe-C二元相圖本實驗中使用的45鋼和40CrNi樣品，碳含量均低于共析點，屬于亞共析鋼，淬火溫度應選擇Ac3以上30-50°C。從圖1Fe-C二元相圖上看，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。淬火溫度如高于Ac1低于Ac3,則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全（或亞臨界）淬火。淬火后在高硬度的馬氏體中將含有一定數(shù)量的低硬度的鐵素體，淬火后硬度不足力學性能降低。如淬火溫度過高，奧氏體晶粒變大，淬火后得到的馬氏體組織也變得粗大，脆性增加，材料的機械性能變差。本實驗中使用的T8鋼樣品，屬于過共析鋼。淬火溫度選擇Ac1以上30?50C。從圖1Fe-C二元相圖上看，該狀態(tài)處于奧氏體與滲碳體雙相區(qū)，因而過共析鋼的正常淬火仍為不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織，具有高硬度和高耐磨性。淬火溫度的變化將影響二次碳化物溶入奧氏體中的量，從而影響得到的馬氏體淬火后組織。若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解于奧氏體，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大，奧氏體碳含量也增加湘應奧氏體晶粒長大，淬火后馬氏體組織變得粗大;同時由于奧氏體碳濃度高，馬氏體轉(zhuǎn)變點Ms、Mf下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。同時鋼件淬火應力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向變大。（2）淬火介質(zhì)對組織和性能的影響淬火介質(zhì)的選擇取決于不同介質(zhì)對應的冷卻速度，選擇快于臨界冷速的介質(zhì)作為淬火介質(zhì)，這樣樣品才能夠得到單一馬氏體組織（從C曲線圖看如此，實際可能有殘余奧氏體）。所以選擇淬火介質(zhì)首先是使冷速大于臨界冷速V3,然后再選取盡量減小或避免變形及開裂者。理想的淬火介質(zhì)應當:在高溫區(qū)，過冷奧氏體穩(wěn)定性較好，所以冷卻速度可適當慢些，以減小工件因急劇變溫而引起應力;在過冷奧氏體最易分解的溫度范圍內(nèi)（即C曲線的鼻尖部位），具有較強的冷卻能力，冷速快于臨界冷速，以抑制過冷奧氏體的分解;而在接近Ms處，有較緩和的冷卻速度，減小工件內(nèi)外溫差，減小組織應力，避免低溫時工件塑性減小而出現(xiàn)開裂。這樣的淬火介質(zhì)有較高的淬火冷卻速度，又不