金屬材料熱處理課程設(shè)計(jì)T10鋼的淬火與回火.doc

1、 金屬材料工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)t10鋼的淬火與低溫回火工藝設(shè)計(jì)學(xué)院： 化學(xué)與材料工程學(xué)院 專業(yè)： 金屬材料 姓名： 浦海洲 學(xué)號(hào)： 150509110 概述：1.1熱處理原理與工藝 熱處理是對(duì)固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)方式加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的加工方法。金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。 1.2 淬火

2、工藝淬火：指將鋼件加熱到 ac3 或 ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見(jiàn)的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級(jí)淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過(guò)淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性

3、能。將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過(guò)淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度、韌性及疲勞強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機(jī)械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強(qiáng)其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時(shí)，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水

4、或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時(shí)工件便會(huì)發(fā)生扭曲變形甚至開(kāi)裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火4類。1.3 回火工藝低溫回火又稱“消除應(yīng)力回火”?；鼗饻囟确秶鸀?50-250攝氏度，回火后的組織為回火馬氏體。鋼具有高硬度和高耐磨性，但內(nèi)應(yīng)力和脆性降低。主要應(yīng)用于高碳鋼和高碳合金鋼制造的工具模和滾動(dòng)軸承，以及經(jīng)滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為58-64hrc。按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低

5、溫回火 加熱溫度150-200。淬火產(chǎn)生的馬氏體保持不變，但是鋼的脆性降低，淬火應(yīng)力降低。主要用于工具、滾動(dòng)軸承、滲碳零件和表面淬火零件等要求高硬度的零件。中溫回火 加熱溫度350-500?；鼗鸾M織為針狀鐵素體和細(xì)粒狀滲碳體（fec）的混合物，稱為回火屈氏體。中溫回火能獲得較高的彈性極限和韌性，主要用于彈簧和熱作磨具回火。高溫回火 加熱溫度500-600。淬火加高溫回火的連續(xù)工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火組織為多邊形的鐵素體（ferrite）和細(xì)粒狀滲碳體（fe3c）的混合組織，稱為回火索氏體。高溫回火為了得到強(qiáng)度、硬度和塑性韌性等性能的均衡狀態(tài)，主要用于重要結(jié)構(gòu)零件的熱處理，如軸、齒輪、曲軸等。

6、 工藝方案設(shè)計(jì)：2.1 實(shí)驗(yàn)材料成分及特征t10碳素工具鋼,強(qiáng)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，晶粒細(xì),在淬火加熱時(shí)不易過(guò)熱,仍能保持細(xì)晶粒組織;淬火后鋼中有未溶的過(guò)剩碳化物,所以耐磨性高,用于制造具有鋒利刀口和有少許韌性的工具。適于制造切削條件較差、耐磨性要求較高且不受突然和劇烈沖擊振動(dòng)而需要一定的韌性及具有鋒利刃口的各種工具，也可用作不受較大沖擊的耐磨零件。t10是最常見(jiàn)的一種碳素工具鋼，韌度適中，生產(chǎn)成本低，經(jīng)熱處理后硬度能達(dá)到60hrc以上，但是，此鋼淬透性低，且耐熱性差（250），在淬火加熱時(shí)不易過(guò)熱，仍保持細(xì)晶粒。韌性尚可，強(qiáng)度及耐磨性均較t7-t9高

7、些，但熱硬性低，淬透性仍然不高，淬火變形大。 t10鋼板 t10鋼高溫淬火金像2.2 t10鋼的淬火與低溫回火工藝參數(shù)制定 2.2.1 淬火加熱溫度的選擇 淬火時(shí)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（如右圖所示）。對(duì)于t10鋼（過(guò)共析鋼），ac1為730，其加熱溫度為ac13050，即770,780,790。若加熱溫度不足（低于ac1），則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體而造成強(qiáng)度及硬度的降低。2.2.2保溫時(shí)間的確定 淬火加熱時(shí)間是將試樣加熱到淬火溫度所需的時(shí)間及在淬火溫度停留保溫所需時(shí)間的總和。加熱時(shí)間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關(guān)，一般

8、可按照經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算。 溫時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式為：t=kd(分鐘)，其中：d是工件有效厚度, 單位為mm; k是加熱系數(shù)，一般k=1.52.0分鐘/mm t10淬火處理：770-790，淬火介質(zhì)鹽水、堿水，硬度36-65hc，回火140-160，保溫時(shí)間1-2小時(shí)，硬度62-64hc 加熱到ac3或ac1以上3050攝氏度. 工藝圖溫度t/790 a1ac1 150回火淬火60min50min時(shí)間t/min加熱速度（/min）加熱溫度（）保溫時(shí)間（min）冷卻方式淬火579050水冷回火515060空冷工藝試驗(yàn)：3.1設(shè)備選擇 熱處理設(shè)備的選擇要從設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、可靠性、配套性、安全性、安全性以及工廠的

9、實(shí)際情況等來(lái)選擇。 箱式電阻爐、洛氏硬度計(jì)、淬火用水槽、砂紙、金相顯微鏡。3.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程1. 材料截取及表面處理 用鋼鋸鋸下100mm長(zhǎng)，直徑50mm的圓鋼2. 材料的熱處理選擇3個(gè)50100mm的t10鋼件標(biāo)記為1、2、3淬火：將3個(gè)鋼件放入箱式保溫爐中770、780、790下保溫50min。將3個(gè)鋼件取出放入水中冷卻?；鼗穑簩⒋慊鸷蟮匿摲湃胂涫奖貭t中140、150、160下保溫60min。將3個(gè)鋼件取出空冷。將冷卻后1、2、3號(hào)鋼件用洛氏硬度計(jì)測(cè)出鋼件硬度值，記下硬度值并求出平均值。將1、2、3號(hào)鋼件打磨制作金相，觀察金相組織將熱處理后的硬度和金相組織與預(yù)期要求以及熱處理前進(jìn)行比較，得出

10、相關(guān)結(jié)論。3.金相顯微組織觀察(1)取樣：用鋼鋸切下一小塊試樣(2)打磨：6008001200(3)拋光：拋光劑為金剛石拋光膏，直至試樣表面無(wú)劃痕。(4)腐蝕:試樣拋光面侵入侵蝕劑中，面呈暗灰色，用水沖洗。(5)烘干：用電吹風(fēng)吹干。(6)顯微攝影：用金相顯微鏡對(duì)拋光后腐蝕的表面進(jìn)行拍照。結(jié)果與分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：淬火前： 實(shí)驗(yàn)次數(shù)數(shù)值一二 三 平均洛氏硬度hr40.742.141.941.6淬火后： 實(shí)驗(yàn)次數(shù)數(shù)值一二 三 平均洛氏硬度hr61.864.263.563.23.3.2金相圖對(duì)比球化退火的t10淬火低溫回火的t10結(jié)果與分析t10鋼在加熱到臨界溫度以上時(shí)，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)

11、變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。鋼淬火的目的就是為了使它的組織全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，獲得高硬度，然后在適當(dāng)溫度下回火，使工件具有預(yù)期的性能。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時(shí)工件便會(huì)發(fā)生扭曲變形甚至開(kāi)裂。對(duì)要求具有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及一定韌性的淬火零件，通常要進(jìn)行低溫回火，獲得以回火馬氏體為主的組織，使其獲得較高的硬度，同時(shí)淬火內(nèi)應(yīng)力得到部分消除，淬火時(shí)產(chǎn)生的微裂紋也大部分得到愈合。淬火配合低溫回火從而滿足機(jī)械零件和工具的不同使用要求。結(jié)論：通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論： （1）淬火必要條件：臨界點(diǎn)以上，獲得奧氏體；大于臨界冷速，得到馬氏體或下貝氏體。 （2）若加熱溫度在ac1accm之間, 得到細(xì)小的奧氏體晶粒和未溶解碳化物,淬火后得到隱晶馬氏體和顆粒狀碳化物，提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。若加熱溫度高于accm，碳化物溶解，得到粗大的奧氏體晶粒，并且含碳量增加； （3）淬火后經(jīng)過(guò)低溫回火，其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過(guò)早損壞。參考文獻(xiàn)：1陸興 熱處理工程基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 20072夏立芳 金屬熱處理工藝學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2008