deform熱處理報(bào)告

1、v1.0可編輯可修改材料成型專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告熱處理工藝對(duì)45#鋼組織性能的影響學(xué)生專業(yè)：材料成型與控制工程學(xué)生班級(jí)：學(xué)生學(xué)號(hào)：1學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：報(bào)告日期：2016年7月12.目錄1、 綜述 32、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?三、材料及儀器8四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及熱處理模擬操作8五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及熱處理模擬對(duì)比分析9六、結(jié)果分析16七、 結(jié)論16參考文獻(xiàn)17一、綜述1.鋼的熱處理鋼的熱處理就是把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進(jìn)行必要的保溫，并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需性能的工藝方法。熱處 理與其他加工方法（鑄 造、鍛壓、焊接、切削加工等）不同，它只改變金屬材料 的組織和性能，而不改變其形狀和

2、大小，所以用它來(lái)處理零件、工具等制成品， 處理各種工具、刀具、齒輪和轉(zhuǎn)軸等。鋼在熱處理?xiàng)l件下所得到的組織與鋼的平 衡組織有很大的差別，鋼加熱到臨界點(diǎn)（A）以上時(shí)發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，奧氏體在 非常緩慢冷卻時(shí)才能得到平衡組織狀態(tài)的珠光體或珠光體+鐵素體（或滲碳體），但大部分熱處理工藝，如退火、正火、淬火、（回火或時(shí)效例外）都是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，然后以不同的冷卻速度（或冷卻方式）冷卻到室溫。退火、正火、 淬火的冷卻速度的不同，則會(huì)得到不同的組織，其力學(xué)性能或物理性能也不同。2.45#鋼的綜述45號(hào)鋼是 GB的叫法，JIS 中稱為:S45C,ASTMfr稱為 1045,080M46,DIN 為:C45

3、 。國(guó)內(nèi)常叫45號(hào)鋼，也有叫“油鋼”。一般，市場(chǎng)現(xiàn)貨熱軋居多。冷軋規(guī)格 之間。含碳（C）量是%,Si（硅）含量為%,Mn毓）含量%,Cr（銘）含量0 %,Ni（鍥） 含量Cu（銅）含量0%密度cm3,彈性模量210GPa,泊松比熱處理方法熱處理推薦熱處理溫度：正火850, 淬火840,回火600.45號(hào)鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼硬度不高易切削加工模具常用來(lái)做模板梢子導(dǎo)柱等，但須熱處理。3.45#鋼的熱處理工藝鋼的淬火：淬火就是將鋼加熱到 Ac3 （亞共析鋼）或Ac1 （過(guò)共析鋼）以上 3050o C,保溫后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻 （丫冷丫臨），以獲得具有高硬度、高耐磨性的馬氏體組織。碳鋼經(jīng)

4、淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的 殘余奧氏體所組成。為了正確地進(jìn)行鋼的淬火，必須考慮下列三個(gè)重要因素：淬 火加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。(1)淬火溫度選擇正確選定加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要一環(huán)。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(如圖1所示)。鋼的成分，原始組織 及加熱速度等都影響臨界點(diǎn) Ai、A2、及Am的位置。在熱處理手冊(cè)或材料手冊(cè)中 都可以查到各種鋼的熱處理溫度，熱處理時(shí)不能任意提高加熱溫度，因?yàn)榧訜釡?度過(guò)高時(shí)，晶粒容易長(zhǎng)大，氧化、脫碳和變性嚴(yán)重，也不能任意降低溫度，會(huì)影 響鋼的強(qiáng)度和硬度。本次淬火溫度為 880c .1200XI00 ,圖表1

5、(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)，一般可按照經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算，碳鋼在電爐中加熱時(shí)間的計(jì)算如圖 表2所示。加熱溫度(° C)工件形狀圓柱形方形板形保溫時(shí)間分鐘/每毫米直徑分鐘/每毫米厚度分鐘/每毫米厚度700380029001000圖表2（3）冷卻速度的影響冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。 冷卻時(shí)應(yīng)使冷卻 速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；在這個(gè)前提下又應(yīng)盡量緩慢冷 卻，以減少鋼中的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開(kāi)裂。為此，可

6、根據(jù) C曲線圖（如圖表3 所示），使淬火工作在過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（650550 C）進(jìn)行快冷（即與C曲線的“鼻尖”相切），而在較低溫度（300100C）時(shí)冷卻速度則盡 可能小些圖表3鋼的回火鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織硬而脆， 并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直 接進(jìn)行磨削加工往往會(huì)出現(xiàn)龜裂；一些精密的零件在使用過(guò)程中將會(huì)由于變形引 起尺寸變化而失去精度，甚至開(kāi)裂。因此鋼淬火后必須進(jìn)行回火處理。 不同的回 火工藝可以使鋼獲得所需的性能。按加熱溫度高低，回火可分為3類。低溫回火。在150250c的回火稱為低溫回火，所的組織為回火馬氏體，它是過(guò)飽各程度較小的固溶體，硬度約為 60HRC其

7、目的是在降低淬火應(yīng)力、保持鋼的高硬度條件下，減少鋼的脆性。低溫回火長(zhǎng)用于高碳鋼的切削工具、 量具 和滾動(dòng)軸承等。馬氏體組織綜述馬氏體是將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強(qiáng)的一種淬火組織。馬氏體通常有片狀、板條狀，但金相觀察中通常表現(xiàn)為針狀。一般當(dāng) Wc<%寸，鋼在馬氏體形態(tài)同乎全為板條馬氏體；當(dāng)Wc>%寸，則幾乎全為片狀馬氏體；當(dāng) Wc=%的，為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合物，隨含碳量的升高，淬火鋼中板條馬氏體的量下降，片狀馬氏體的量上升.高碳鋼在正常溫度淬火時(shí)，細(xì)小的奧氏體晶粒和碳化物都能使其獲得細(xì)針狀馬氏體組織，這種組織在光學(xué)顯微鏡下無(wú)法

8、分辨稱為隱針馬氏體。馬氏體的主要特征之一是高的強(qiáng)度和硬度，通常低碳馬氏體具有良好的強(qiáng)度和一定的韌性，高碳馬氏體強(qiáng)度高、 韌性大。一般淬火鋼經(jīng)低溫回火所得組織為回火馬氏體（如圖3）。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。它主要用于各種高碳的切削刃具、量具、冷沖模具、滾動(dòng)軸承以及滲碳件等。中溫回火。在350500c的回火稱為中溫回火，得到組織回火屈氏體，為極細(xì)的球狀滲碳體和鐵素體的機(jī)械混合物，硬度約為3545HRC其目的是獲得高屈服強(qiáng)度，彈性極限和較高的韌性，主要用于各種彈簧和模具的熱處理。高溫回火。在 500650C的回火稱為高溫回火，

9、所得的組織為回火索氏體，硬度約為2833HRC其目的是獲得強(qiáng)度、硬度、塑形、韌性都較好的綜合力學(xué)性能。所以把淬火后高溫回火的處理稱為調(diào)至處理、主要用于中碳鋼，比如連桿、螺栓、齒輪和軸。索氏體組織綜述索氏體是鋼經(jīng)正火或等溫轉(zhuǎn)變所得到的鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。索氏體組織屬于珠光體類型的組織，在光學(xué)金相顯微鏡下放大600倍以上才能分辨片層的細(xì)珠光體（GB/T7232標(biāo)準(zhǔn)）。其實(shí)質(zhì)是一種珠光體，但其組織比珠光體組織細(xì)，是鋼的其層片間距較 （250高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，是片層的鐵素體與滲碳體的雙相混合組織,350nm）,碳在鐵素體中已無(wú)過(guò)飽和度，是一種平衡組織。索氏體具有良好的綜合機(jī)械性能。淬火鋼高溫回火（

10、500-650 C）所得組織為回火索氏體，習(xí)慣上將淬火鋼加高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度、塑性和韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪 及軸類.4.硬度測(cè)試方法、過(guò)程（1）洛氏硬度機(jī)的原理：洛氏硬度試驗(yàn)，是用特殊的壓頭（金剛石壓頭或鋼球壓頭），在先后施加兩 個(gè)載荷（預(yù)載荷和總載荷）的作用下壓入金屬表面來(lái)進(jìn)行的，總載荷 吻預(yù)載荷 P0ffi主載荷Pl之和，即p=P0+R。洛氏硬度值是施加總載荷P并卸除主載荷Pi后，在預(yù)載荷P。繼續(xù)作用下，由主 載荷Pi引起的殘余壓入深度e來(lái)計(jì)算（如圖標(biāo)5）圖表5圖表5中，h。表示

11、在預(yù)載荷P。作用下，壓頭壓入被試材料的深度；hi表示施加總載荷P并卸除主載荷Pi,但仍保留預(yù)載荷P0時(shí)，壓頭壓入被試材料的深度。深度差e=hi-h0,該值用來(lái)表示被測(cè)材料硬度的高低。圖表6圖表6為HR-150即洛氏硬度計(jì)。其主要零部件如下1.機(jī)身2,加荷手柄3.升降手把4.手輪5.絲杠保護(hù)套（內(nèi)有絲杠）6.待測(cè)試 件7.主軸8.小杠桿9.大杠桿10.調(diào)整塊11.定位標(biāo)記12,吊環(huán)13,螺釘14. 整碼變換器15.整碼16,油針17,油氈18,后蓋19,緩沖器20.卸荷手柄21.壓頭22,上蓋23.指示表24.變荷手柄25.工作臺(tái)（2）使用方法將經(jīng)過(guò)熱處理以后的鋼試樣在水砂子上擦磨去除表面污垢和

12、氧化層后，置于洛氏硬度機(jī) 上測(cè)量硬度，為了減小測(cè)量誤差，應(yīng)進(jìn)行多次測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)。擦磨方法：先沿著一個(gè)方向擦磨直到表面氧化物去除完，然后再沿著垂直方向擦磨使端面平整。洛式硬度機(jī)的使用方法1）將試樣上下兩面磨平，然后置于載物臺(tái)上。2）選擇壓頭及載荷。3）加預(yù)載。按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的手輪，使試樣與壓頭接觸.并觀 察顯示器上光標(biāo)移動(dòng)至滿載為止。4）加主載。5）讀硬度值。6）卸主載。7）下降載物臺(tái)。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手柄至原來(lái)位置。8）用同樣的方法在試樣的不同位置測(cè)三個(gè)數(shù)據(jù)，取其算術(shù)平均值為試樣的 硬度。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)習(xí)熱處理加熱爐、硬度計(jì)、金相顯微鏡等設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)以及操作規(guī)范。2 .學(xué)習(xí)

13、45號(hào)鋼淬火、回火熱處理規(guī)范、硬度測(cè)試規(guī)范、金相試樣加工規(guī)范、組 織測(cè)試規(guī)范。讓我們理論聯(lián)系實(shí)踐更加充分的學(xué)習(xí)理解我們所學(xué)的知識(shí)。3 .熱處理工藝過(guò)程由于受到加熱方式、冷卻方式、加熱溫度、冷卻溫度、加熱時(shí) 問(wèn)、冷卻時(shí)間等影響，金屬內(nèi)部的組織也會(huì)發(fā)生不同的變化， 因此是個(gè)十分復(fù)雜 的過(guò)程，同時(shí)工藝參數(shù)的差異，也會(huì)造成熱處理加工對(duì)象硬度過(guò)高過(guò)低、硬度不 均勻等現(xiàn)象。Deform-3D軟件提供一種熱處理模擬模塊，可以幫助熱處理工藝員， 通過(guò)有限元數(shù)值模擬來(lái)獲得正確的熱處理參數(shù)，從而來(lái)指導(dǎo)熱處理生產(chǎn)實(shí)際。減少批量報(bào)廢的質(zhì)量事故發(fā)生。實(shí)驗(yàn)中用 Deform-3d軟件對(duì)45鋼做了淬火工藝分 析。三、材料及

14、儀器1 .箱式電爐及控溫儀表2 .洛氏硬度機(jī)、預(yù)磨機(jī)、拋光機(jī)3 .冷卻介質(zhì)：水、油（使用溫度約 20 C）；4 .試樣材料：45鋼，直徑為20nlm，高15nlm的圓柱體。四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程45鋼的熱處理過(guò)程：1、對(duì)45鋼進(jìn)行淬火(1)在進(jìn)行淬火前先測(cè)量試樣的硬度 3次，將測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)入表格中。(2)將試樣置于加熱爐中打開(kāi)加熱爐。使其溫度上升到880o C開(kāi)始計(jì) 時(shí)并保溫30分鐘。(3) 30分鐘后，取出試樣對(duì)其進(jìn)行水冷。測(cè)量試樣的硬度一共3次并計(jì)入表格。(4)待試樣完全冷卻，用磨砂紙將其表面磨平整光滑。2、對(duì)45鋼進(jìn)行高溫回火(1)將回火爐的溫度設(shè)定在560o C(2)待溫度升高到560o C,將

15、試樣置于加熱爐中保溫 30分鐘左右。(4) 30分鐘后取出試樣空冷，測(cè)量試樣的硬度一共3次并計(jì)入表格中。(5) 待試樣完全冷卻，用磨砂紙將其表面磨平整光滑。觀察金相掌握金相顯微試樣的制備過(guò)程和基本方法，并觀察、認(rèn)識(shí)其金相顯微組織；1、實(shí)驗(yàn)儀器及材料1儀器：臺(tái)式金相顯微鏡、預(yù)磨機(jī)、砂紙、拋光機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等。2材料：待磨試樣每人一塊、各號(hào)金相砂紙一套、腐蝕劑、無(wú)水乙醇、4%硝酸酒精、制備好的工業(yè)純鐵試樣、棉球、銀子等。2、內(nèi)容在利用金相顯微鏡觀察、分析和研究金屬材料的金相顯微組織時(shí)，需要在該 材料的典型部位截取樣塊，然后通過(guò)一系列的制備過(guò)程，制成符合要求的金相顯 微試樣。即在金相顯微鏡下可以觀察到很

16、清晰的金相顯微組織，其整個(gè)過(guò)程即為 磨片。磨片的方法與步驟如下：(1) 取樣：試樣尺寸通常采用直徑為 20 nlm，高15 nlm的圓柱體式樣。(2) 磨制：分粗磨和細(xì)磨兩道工序。粗磨通常在砂輪機(jī)上進(jìn)行，細(xì)磨是在一 套粗細(xì)不同的金相砂紙上由粗到細(xì)依次進(jìn)行的。 每更換一號(hào)砂紙時(shí)，需將試樣的 研磨方向與上一道磨痕方向垂直，直到將上一號(hào)砂紙所產(chǎn)生的磨痕全部消失為v1.0可編輯可修改止。(3)拋光：細(xì)磨后進(jìn)行拋光，主要是去除細(xì)磨時(shí)留下來(lái)的細(xì)微磨痕而獲得光 亮的鏡面。金相試樣的拋光方法一般可分為機(jī)械拋光、 電解拋光和化學(xué)拋光。本 實(shí)驗(yàn)中只使用了機(jī)械拋光。機(jī)械拋光機(jī)械拋光可分為粗拋和細(xì)拋兩個(gè)步驟，均在拋光

17、機(jī)上進(jìn)行。粗拋時(shí)轉(zhuǎn)速要高 些，細(xì)拋或拋軟材料時(shí)轉(zhuǎn)速要低些， 所用拋光材料由拋光布和拋光粉組成， 拋光 布蒙在拋光盤上，不同要求應(yīng)適當(dāng)選用不同的拋光布。 粗拋時(shí)常用帆布、粗呢等， 精拋時(shí)常用絨布、細(xì)呢、絲綢等。機(jī)械拋光的方法及注意事項(xiàng)如下：A.拋光粉要配制成拋光液使用，比例大約為 水：粉=20: 1左右。B.拋光時(shí)應(yīng)使試樣磨面均衡地壓在旋轉(zhuǎn)著的拋光盤上，壓力不宜過(guò)大，并 應(yīng)使試樣沿拋光盤的半徑方向從中心到邊緣來(lái)回移動(dòng)。C.拋光過(guò)程中要不斷注入適量的拋光液，拋光布上的拋光液不宜太多或太 少，以試樣表面提起后幾秒內(nèi)能干為宜。D.拋光后期，應(yīng)使試樣在拋光盤上各方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止鋼中夾雜產(chǎn)生拖尾 現(xiàn)象。E

18、.拋光時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以防拋光表面層金屬變形。(4).化學(xué)浸蝕經(jīng)拋光后而沒(méi)有浸蝕的試樣在顯微鏡下除了能觀察到非金屬夾雜物(石墨、 氧化物、硫化物等)及其本身所具有的孔洞、裂紋等缺陷之外，看不到金屬內(nèi)部 的組織，必須經(jīng)過(guò)浸蝕。利用化學(xué)浸蝕劑，通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)作用顯示金屬的組織：浸蝕方法：將已拋光好的試樣磨面先用輕水沖洗干凈，然后用酒精棉清擦一遍，再將試樣浸入浸蝕劑中，或用銀子夾著蘸上浸蝕劑的棉球擦具磨面。 浸蝕的 時(shí)間依不同合金及不同組織而定，一般碳鋼和鑄鐵浸蝕的時(shí)間大約在 1015秒 11.v1.0可編輯可修改內(nèi)即可。用酒精沖洗干凈，吹干，將浸蝕完的試樣放在顯微鏡下，就可以觀察到金屬內(nèi)部的顯微組

19、織。化學(xué)浸蝕劑種類很多，一般碳鋼及鑄鐵所用浸蝕劑為35%的硝酸酒精。(5)電子攝像技術(shù)將磨好的金相試樣放在顯微鏡的載物臺(tái)上， 選好放大倍數(shù)以后，調(diào)整粗調(diào)手輪和 微調(diào)手輪，直接在與顯微鏡相連的電腦顯示屏幕上調(diào)清楚焦距， 獲得清晰的金相 圖片。3、Deform模擬數(shù)據(jù)溫度與對(duì)流系數(shù)設(shè)置溫度對(duì)流系數(shù)202505007501000五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1 .熱處理加工結(jié)果在880c溫度下淬火得到馬氏體和殘余的奧氏體，其硬度、強(qiáng)度高，塑性、 韌性差。在560c高溫回火得到穩(wěn)定的回火索氏體組織，其塑性、韌性相對(duì)提高2 .硬度測(cè)試結(jié)果原始硬度測(cè)量次數(shù)123平均值硬度（HRC淬火后的硬度測(cè)量次數(shù)123平均值硬度（HRC

20、回火后的硬度測(cè)量次數(shù)123平均值硬度（HRC金相組織圖3.45鋼的組織淬火后試樣組織回火后試樣組織原始試樣組織4.deform模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析溫度定點(diǎn)跟蹤分析 DDC202 口"華匚6cl5。 卸后 jrrif l&ec i從曲線中可以分析，4個(gè)點(diǎn)的溫度基本是一致的，這是由于工件尺寸較小，加 熱保溫時(shí)間充足造成的。硬度定點(diǎn)跟蹤分析由叩。叩;H浦Qg崢QTirne 虧目前圖示硬度的定點(diǎn)分析，由于工件尺寸小，溫度均勻，因此硬度也比較均勻。實(shí)驗(yàn)試樣表面硬度為，模擬表面硬度，硬度對(duì)比結(jié)果基本一致，誤差在允許范圍 內(nèi)。從模擬結(jié)果看，剛樣從表面到中心硬度值逐漸降低，這是由于受淬

21、透性、各 部分相對(duì)組織含量不同、成分不均等因素影響。殘余應(yīng)力的定點(diǎn)跟蹤分析I I 皤。 '唯FBW熱處理淬火后會(huì)留有殘余應(yīng)力，嚴(yán)重的話，會(huì)造成零件變形。上圖是等效殘余應(yīng)力定點(diǎn)跟蹤分析曲線，最大殘余應(yīng)力位于零件表面22.相的體積分?jǐn)?shù)分析肌對(duì):一，,：；口 JF Mr：'：11 COO ktamqg 找劉 2 妻的n。崢q KM。Tn:e fsrc)奧氏體含量與分布鐵素體含量與分布馬氏體含量與分布相的體積分?jǐn)?shù)分析即金相分析，可以進(jìn)一步分析材料的組織結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。從模擬結(jié)果可以看出經(jīng)過(guò)淬火后主要得到馬氏體組織，還有少量的殘余奧氏體，同時(shí)還有珠光體組織，這是因?yàn)樵诶鋮s結(jié)晶過(guò)程中一部分奧氏體組織發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而析出的。六.結(jié)果分析回火溫度隨著淬火溫度的變化曲線趨勢(shì)和淬火硬度隨溫度的曲線趨勢(shì)