低碳鋼亞溫淬火工藝研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、鄭州航院材料成型及控制工程專業(yè)綜 合 性 實(shí) 驗(yàn)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告學(xué)生專業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué)生姓名： 李國(guó)林 學(xué)生學(xué)號(hào)： 110609212 所在學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 報(bào)告日期： 2014年6月16日 目錄前言一、 實(shí)驗(yàn)綜述-3 頁(yè)二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?9頁(yè)三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備-10 頁(yè)四、 實(shí)驗(yàn)過程-10頁(yè)五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果-11頁(yè)六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析-16頁(yè)七、 結(jié)論-16頁(yè)八、 參考文獻(xiàn)- 17 頁(yè)前言亞溫淬火定義亞溫淬火洪城臨界區(qū)淬火或雙相區(qū)淬火，加熱淬火溫度為Ac1Ac3。與完全淬火相比，亞溫淬火后硬度稍低，但可顯著提高鋼的沖擊韌性，降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度，抑制鋼的可逆回火脆性，這對(duì)于要求強(qiáng)韌性高的

2、亞共析鋼零件尤為重要；雅雯粗活加熱溫度降低50100，從而降低能耗2030%亞溫淬火的優(yōu)點(diǎn)（1） 提高鋼的室溫和低溫的沖擊韌性。亞溫淬火對(duì)許多結(jié)構(gòu)鋼的室溫和低溫沖擊韌性有不同程度的提高，即隨鋼含碳量的增加強(qiáng)韌性化效果增加。亦既不犧牲強(qiáng)度情況下提高韌性，從而擴(kuò)大了材料的使用范圍。（2） 降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。亞溫淬火對(duì)不同鋼種在不同程度上降低了脆性轉(zhuǎn)變溫度。使得低碳錳鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度降低20（3） 抑制鋼的可逆回火脆性。由于亞溫淬火凈化晶界，減輕磷偏析，晶粒細(xì)化和晶粒邊界效應(yīng)的結(jié)果，使不同回火冷卻速度對(duì)回火沖擊韌性已不敏感，即不管回火后快冷或慢冷沖擊韌性均提高，這表明鋼的可逆回火脆性被抑制了。亞

3、溫淬火的應(yīng)用在Ac1Ac3之間，則加熱時(shí)組織為奧氏體+鐵素體；淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而鐵素體被保留下來，此時(shí)淬火組織為馬氏體+鐵素體（+殘余奧氏體），這樣就造成了淬火后強(qiáng)度硬度都較低，但塑性韌性較好，相當(dāng)于滲碳鋼的心部組織所以可以用于制造承受高速、中載并要求抗沖擊和耐磨損的零件，熱別是紫車、拖拉機(jī)上的重要齒輪及離合器軸一、實(shí)驗(yàn)綜述20CrMnTi鋼綜述本次實(shí)驗(yàn)材料選用的是20CrMnTi。其成分見表11。表1-1 20CrMnTi的化學(xué)成分成分CSiMnCrMoNiPS20CrMnTi（%）0.360.500.801.640.370.050.010.01 20CrMnTi是中淬透性滲碳鋼

4、這類剛有良好的力學(xué)性能和工藝性能。淬透性較高，過熱敏感性較小，因此這種鋼大量用于制造承受高速、中載并要求抗沖擊和耐磨損的零件，熱別是紫車、拖拉機(jī)上的重要齒輪及離合器軸等 低碳鋼的亞溫淬火熱處理組織綜述鋼的熱處理原理主要是利用剛在加熱和冷卻時(shí)內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律。根據(jù)這些基本規(guī)律和要求來確定加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻介質(zhì)等相關(guān)參數(shù)，已達(dá)到改善材料性能的目的。剛在熱處理?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)（A1）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）

5、都是將剛加熱到奧氏體狀態(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。熱處理工藝加熱溫度的選擇：本次試驗(yàn)要完全退火 亞溫淬火 高溫回火工藝在此只對(duì)上述用到的熱處理工藝進(jìn)行綜述退火加熱溫度：一般亞共析鋼加熱至Ac3+（3050） （完全退火）降低硬度、改善高碳鋼的切削性能。亞溫淬火加熱溫度：Ac1Ac3溫度之間如圖所示回火溫度的選擇：鋼淬火后都要回火，回火溫度決定于最終要求的組織和性能（工廠里常常根據(jù)硬度要求）高溫回火。在500650 的回火稱為高溫回火，所的組織為回火索氏體，硬度約為2535HRC。其目的是獲得強(qiáng)

6、度、硬度、塑形、韌性都較好的綜合力學(xué)性能。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)、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。洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的原理及主要結(jié)構(gòu)及其操作方法洛氏硬度機(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進(jìn)行的，總載荷P為預(yù)載荷P0和主載荷P1之和，即p=P0+P1。洛氏硬度值是施加總載荷P并卸除主載荷P1后，在預(yù)載荷P0繼續(xù)作用下，由主載荷P1引起的殘余壓入深度e來計(jì)算圖4洛氏硬度測(cè)量原理示意圖圖4中，h0表示在預(yù)載荷P0作用下，壓頭壓入被試材料的深度；h

7、1表示施加總載荷P并卸除主載荷P1，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=h1-h0，該值用來表示被測(cè)材料硬度的高低。HR-150A型洛氏硬度計(jì)主要零部件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.砝碼變換器15.砝碼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)硬度測(cè)試方法、過程將經(jīng)過熱處理以后的鋼試樣用水砂子上擦磨去除表面污垢和氧化層后，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)

8、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)針方向轉(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。本次實(shí)驗(yàn)采用TH300洛氏硬度機(jī)，其實(shí)驗(yàn)條件見表0-0表0-0 熱處理?xiàng)l件淬火采用HRC，載荷150kg，保壓2秒回火采用HRC，載荷150kg，保壓2秒為了減小實(shí)驗(yàn)設(shè)

9、備所引起的誤差，在測(cè)試硬度之前，用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊進(jìn)行校對(duì)。校對(duì)以后，再對(duì)試樣進(jìn)行硬度測(cè)試。為了增加硬度數(shù)值的可靠性，每個(gè)試樣進(jìn)行5次硬度測(cè)試：即在試樣的中心進(jìn)行一次測(cè)量，臨近四個(gè)角部進(jìn)行測(cè)量，5個(gè)數(shù)據(jù)求平均值。觀察金相操作方法掌握金相顯微試樣的制備過程和基本方法，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、鑷子等。 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，然后通過一系列

10、的制備過程，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清晰的金相顯微組織，其整個(gè)過程即為磨片。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，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)著地拋光盤上，壓力不宜過大，并應(yīng)使試樣沿拋光盤的半徑方向從中心到邊緣來回移動(dòng)。C 拋光過程中要不斷注入適量的拋光液，拋光布

11、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拋光時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以防拋光表面層金屬變形。化學(xué)浸蝕經(jīng)拋光后而沒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)過浸蝕。利用化學(xué)浸蝕劑，通過化學(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，或用鑷子夾著蘸上浸蝕劑的棉球擦其磨面。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

12、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)部的顯微組織?；瘜W(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。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。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)亞溫淬火熱處理規(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)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、箱式電阻爐；型號(hào)：砂型sx2-4-10；額定功率4kw；額定

13、電壓220v；額定溫度1000；爐膛尺寸300×200×120mm。2、亞溫淬火：水（使用溫度約20）3、TH300洛氏硬度機(jī)砂輪機(jī)；金相砂紙；MPOTM160E磨拋機(jī)；吹風(fēng)機(jī)；拋光劑氧化鉻 拋光織物：紡綢 OLYMPUS GX51光學(xué)顯微鏡：放大倍數(shù)分別為：200倍，400倍，500倍。4、試樣材料：20CrMnTi 四、實(shí)驗(yàn)過程1. 熱處理加工方法、過程20CrMnTi的熱處理過程退火溫度880ºC，保溫時(shí)間30分鐘，隨爐冷卻淬火溫度830 ºC保溫時(shí)間25分鐘 水淬回火溫度660 ºC，保溫時(shí)間：30分鐘，隨爐冷卻600 ºC下

14、出爐空冷至室溫文字?jǐn)⑹觯?、對(duì)20CrMnTi鋼進(jìn)行退火（1）打開加熱爐。使其溫度上升到880 ºC將試樣置于加熱爐中待溫度上升到880ºC開始計(jì)時(shí)，保溫30分鐘。（2）30分鐘后，斷開開關(guān)使試樣隨爐冷卻（3）待試樣完全冷卻，用磨砂紙將其表面磨平整光滑。對(duì)試樣進(jìn)行拋光 腐蝕后觀察金相（4）、測(cè)量試樣的硬度并計(jì)入表格中。2、對(duì)20CrMnTi鋼進(jìn)行淬火（1）打開加熱爐。使其溫度上升到830 ºC將試樣置于加熱爐中待溫度上升到830ºC開始計(jì)時(shí)，保溫25分鐘。(2)25分鐘后取出放入水中進(jìn)行淬火(3) 待試樣完全冷卻，用磨砂紙將其表面磨平整光滑。對(duì)試樣進(jìn)行拋

15、光 腐蝕后觀察金相(4) 測(cè)量試樣的硬度一共5次。并計(jì)入表格中。3、對(duì)20CrMnTi鋼進(jìn)行回火（1）打開加熱爐。使其溫度上升到660ºC將試樣置于加熱爐中待溫度上升到660ºC始計(jì)時(shí)，保溫30分鐘（2）30分鐘后斷開開關(guān)使得試樣隨爐冷卻到600ºC一下，取出空冷至室溫（3）待試樣完全冷卻，用磨砂紙將其表面磨平整光滑。對(duì)試樣進(jìn)行拋光 腐蝕后觀察金相（4）測(cè)量試樣的硬度一共5次。并計(jì)入表格中五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 熱處理加工結(jié)果20CrMnTi在880溫度下退火得到鐵素體+珠光體，其硬度、強(qiáng)度低，塑性、韌性好。在830亞溫淬火得到鐵素體+100%板條馬氏體，其強(qiáng)度、硬度高

16、但是組織不均勻忽高忽低、耐磨性好在660高溫回火得到鐵素體加粗粒狀滲碳體 強(qiáng)度硬度有所降低但是塑形韌性提高2. 硬度測(cè)試結(jié)果20CrMnTi的硬度測(cè)試結(jié)果 退火硬度采用布氏硬度 880退火硬度值為115HB編號(hào)條件12345平均值830淬火53.653.755.052.853.953.8660回火27.428.830.227.630.428.9（硬度：HRC）3. 組織分析結(jié)果20CrMnTi的組織圖（完全退火）鐵素體+珠光體20CrMnTi鋼880退火金相組織（×200）20CrMnTi鋼880退火金相組織（×400）20CrMnTi鋼880退火金相組織（×50

17、0）20CrMnTi的組織圖（830亞溫淬火）鐵素體+馬氏體20CrMnTi鋼830淬火金相組織（X200）20CrMnTi鋼830淬火金相組織（X400）20CrMnTi鋼830淬火金相組織（X500）20CrMnTi的組織圖（660高溫回火）鐵素體+粗粒狀滲碳體20CrMnTi鋼660回火金相組織（X200）20CrMnTi鋼660回火金相組織（X400）20CrMnTi鋼660回火金相組織（X500）六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1. 20CrMnTi鋼的組織情況淬火后，從鐵碳相圖可以看出，淬火溫度830對(duì)于含碳量0.36%的20CrMnTi幾乎快要達(dá)到臨界點(diǎn)Ac3以上奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，從而奧氏體組織含量已經(jīng)很高，其后以大于臨界冷卻速度進(jìn)行水冷。從上述組織圖中可以看見板條馬氏體和針狀馬氏體和鐵素體 ，無(wú)殘余奧氏體，由于馬氏體的出現(xiàn)，因此，可以判定，830亞溫淬火后20CrMnTi模具鋼的硬度將大大提高，硬度值達(dá)到53.8HRC而660高溫回火后得到的是鐵素體+回火索氏體強(qiáng)度實(shí)質(zhì)是鐵素體+粗粒狀的滲碳體，試樣的硬度明顯下降，平均硬度值為28.9HRC，塑形韌性得到很大程度上的提高。七、結(jié)論根據(jù)20CrMnTi熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：（1） 20CrMnTi 830