45號鋼淬火回火實驗

1、實用標準航空工業(yè)管理學院金屬材料及熱處理課程設計學生專業(yè)： 材料成型及控制工程 學生：學生學號：所在學院： 機電工程學院指導老師：報告日期：2015年 5月 14日文案大全目錄一、實驗綜述 （3）二、 實驗目的 （ 8）三、 實驗設備 （ 8）四、 實驗過程 （8）五、 實驗結果 （9）六、實驗結果分析 （ 12）七、 結論 （ 12）八、 參考文獻 （ 13）實驗綜述45 號鋼綜述45 號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結構用鋼 ,硬度不高易切削加工 ,模具中常用來 做模板 , 梢子,導柱等 ,但須熱處理 。45號鋼主要成分為 Fe（鐵元素），且含有以下少量元 素：CSiMnPSCrNiCu0.42 0.50%

2、0.170.37%0.50 0.80 0.040%0.0450%0.25% 0.25%0.25%熱處理是一種很重要的金屬熱加工的工藝方法， 熱處理是根據(jù)鋼在固態(tài)下組 織轉(zhuǎn)變的規(guī)律，通過不同的加熱、保溫和冷卻，以改變其部組織，達到改善剛才 性能的一種熱加工工藝。熱處理一般是由加熱、保溫、和冷卻三個階段組成的， 其基本工藝方法可分為退火、淬火及回火等，本次試驗要淬火與回火。 （一）鋼的淬火鋼的淬火：淬火是指將鋼加熱到臨界溫度以上， 保溫后以大于臨界冷卻速度 的速度冷卻， 使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。 淬火的目的就是為了獲得馬 氏體，并與適當?shù)幕鼗鸸に囅嗯浜希?以提高剛的力學性能。 為了正確地

3、進行鋼的 淬火，必須考慮下列三個重要因素：淬火加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。（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)。 淬火加熱溫度的選擇應以得 到細小的奧氏體晶粒為原則， 以便淬火后獲得細小的馬氏體組織。 淬火時的具體 加熱溫度主要取決于鋼的臨界點確定，鋼的淬火溫度可根據(jù)（如圖 1 所示）進行 選擇。對 45#鋼的亞共析鋼，其加熱溫度為 Ac3+3050o C，此實驗采用的加熱 溫度為 790o 。若加熱溫度不足 （低于 780o C的Ac3 溫度），則淬火組織中將出 現(xiàn)鐵素體而造成強度及硬度的降低；但過高的加熱溫度（如超過 Acm）不僅無 助于強度、 硬度的增加，反而會

4、由于產(chǎn)生過多的殘余奧氏體而導致硬度和耐磨性 的下降。圖表 1（2）保溫時間的確定淬火保溫時間是指工件裝爐后， 從爐溫上升到淬火溫度時算起， 知道出爐位 置所需要的時間。 保溫時間包括工件透熱時間和組織轉(zhuǎn)變所需要的時間。 保溫時 間的影響因素比較多， 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， 一般可按照經(jīng)驗公式來估算， 碳鋼在電爐中加熱時間的計算如圖 表 2 所示。加熱 溫度（° C）工件形狀圓柱形方形板形保溫時間分鐘 /每毫米直徑分鐘 /每毫米厚度分鐘 /每毫米厚度7001.52.238001.01.529000.81.21.610000.40.60.8

5、圖表 2（3）冷卻速度的影響冷卻是淬火的關鍵工序， 它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。 冷卻時應使 冷卻速度大于臨界冷卻速度， 以保證獲得馬氏體組織； 在這個前提下又應盡量緩 慢冷卻，以減少鋼中的應力，防止變形和開裂。為此，可根據(jù) C 曲線圖（如圖 表 3 所示），使淬火工作在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度圍（ 650 550）進行快 冷（即與 C 曲線的“鼻尖”相切） ，而在較低溫度（ 300100）時冷卻速度則圖表 3本實驗將加熱溫度定在 790 o C，保溫 30分鐘后進行水冷。為了保證淬火效 果 ,應選用合適的冷卻方法（如雙液淬火、分級淬火等 ）。不同的冷卻介質(zhì)在不同 的溫度圍的冷卻速度有所

6、差別。各種冷卻介質(zhì)的特性見表4。表4 幾種常用淬火介質(zhì)的冷卻能力冷卻介質(zhì)在下列溫度圍的冷卻速度（ /秒）65055030020018的水60027050的水10027010 NaCl水溶液（ 18）110030010 NaoH水溶液（ 18）120030010 NaoH水溶液（ 18）800270蒸餾水（ 50）250200硝酸鹽（ 200）35010菜籽油（ 50）20035礦務機油（ 50）15030變壓器油（ 50）12025（二）鋼的回火回火是將淬火后的零件加熱到低于 A1 的某一溫度并保溫， 然后以適當?shù)姆?式冷卻到室溫的熱處理工藝。 鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織硬而脆， 并且工件部

7、存在很大的應力， 如果直接進行磨削加工往往會出現(xiàn)龜裂； 一些精密的零件在使 用過程中將會由于變形引起尺寸變化而失去精度， 甚至開裂。 因此鋼淬火后必須進行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的性能。圖表 5為 45鋼淬火后經(jīng)不同溫度回火后的組織及性能。類型回火溫度（° C）回火后的組織回火后硬度（HRC）性能特點低溫回火150250回火馬氏體 + 殘 余奧氏體 +碳化 物6057硬度高，應力小中溫回火350500回火屈氏體3545硬度適中，有較高的彈性高溫回火500 650回火索氏體2033具有良好塑性、 韌性和一定強度 相配合的綜合性 能圖表 5對碳鋼來說， 回火工藝的選擇主要

8、是考慮回火溫度和保溫時間這兩個因素。 也可 以采用經(jīng)驗公式近似地估算回火溫度。例如 45 鋼回火溫度的經(jīng)驗公式為：T（） 200K （60）式中： K系數(shù)，當回火后要求的硬度值 HRC30時， K=11； HRC 時， K=12。所要求的硬度值（ HRC）。回火溫度：在實際生產(chǎn)常以圖紙上所要求的硬度要求作為選擇回火溫度的依據(jù)。回火冷卻方式：碳鋼回火時，一般采用在空氣中冷卻。（3）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、認識其金相顯微組織；（1）實驗儀器及材料1 儀器：臺式金相顯微鏡、預磨機、砂紙、拋光機、吹風機等。2 材料；待磨試樣每人一塊；各號金相砂紙一套；腐蝕劑；無水

9、乙醇； 4 硝酸酒精；制備好的工業(yè)純鐵試樣，棉球、鑷子等。(2) 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，需要在該 材料的典型部位截取樣塊， 然后通過一系列的制備過程， 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， 其整個過程即為 磨片。機械拋光 機械拋光可分為粗拋和細拋兩個步驟，均在拋光機上進行。粗拋時轉(zhuǎn)速要高 些，細拋或拋軟材料時轉(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，不同要求應適當選用不同的拋光布。粗拋時常用帆布、粗呢等，精 拋時常用絨布、細呢、絲綢等。機械拋光的方法及注意事項如下：A 拋光粉要配制成拋光液

10、使用，比例大約為 水：粉 20：1 左右。B拋光時應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 應使試樣沿拋光盤的半徑方向從中心到邊緣來回移動。C 拋光過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能干為宜。D拋光后期，應使試樣在拋光盤上各方向轉(zhuǎn)動，以防止鋼中夾雜產(chǎn)生拖尾 現(xiàn)象。E拋光時間不宜過長，以防拋光表面層金屬變形。(3) 化學浸蝕 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，看不到金屬部的 組織，必須經(jīng)過浸蝕。利用化學浸蝕劑，通過化學或電化學作用顯示金屬的

11、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 時間依不同合金及不同組織而定， 一般碳鋼和鑄鐵浸蝕的時間大約在 10 15 秒 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 屬部的顯微組織?；瘜W浸蝕劑種類很多，一般碳鋼及鑄鐵所用浸蝕劑為 3 5的硝酸酒精。(4) 電子攝像技術將磨好的金相試樣放在顯微鏡的載物臺上，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、實驗目的1. 學習熱處理加熱爐、硬

12、度計、金相顯微鏡等設備的原理、結構以及操作規(guī)。2. 學習 45鋼淬火、回火熱處理規(guī)、硬度測試規(guī)、金相試樣加工規(guī)、組織測試規(guī)。 讓我們理論聯(lián)系實踐更加充分的學習理解我們所學的知識。三、實驗設備1、箱式電阻爐；型號：砂型 sx2-4-10；額定功率 4kw；額定電壓 220v；額定溫度 1000；爐膛尺寸 300×200×120mm。2、淬火：水(使用溫度約 20)3、TH300洛氏硬度機砂輪機；金相砂紙； MPOTM160E 磨拋機；吹風機；拋光 劑氧化鉻 拋光織物：紡綢 OLYMPUS GX51光學顯微鏡：放大倍數(shù)分別為： 200 倍， 400倍， 500倍。4、試樣材料：

13、 45鋼四、實驗過程1、熱處理前硬度測試對工件進行略微打磨， 測量試樣的硬度一共 5次。目的是去 除工件表面的氧化物，使測量結果更準確。2、對45鋼進行淬火( 1)打開加熱爐。使其溫度上升 790o C將試樣置于加熱爐中待溫度上升到 850 o C 開始計時，保溫 30分鐘；(2)30分鐘后取出放入水中進行水冷； (3)待試樣完全冷卻，用磨砂紙將其表面磨平整光滑。對試樣進行拋光腐蝕后觀察金相；(4) 測量試樣的硬度一共 5次。并計入表格中。3、對45鋼進行回火（1）打開加熱爐。 使其溫度上升到 500o C將試樣置于加熱爐中待溫度上升到 500 o C 始計保溫時間 30分鐘；（ 2）保溫后斷

14、開開關使得試樣隨爐冷卻到 340o C以下，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。對試樣進行拋光腐蝕后觀察金相；（ 4）測量試樣的硬度一共 5次。并計入表格中五、實驗結果1、淬火前的硬度測量次數(shù)12345硬度 （HRC）21.022.319.819.520.5圖表7分析：試樣中心和邊沿的硬度明顯不同， 測量時盡量選擇中心處測量。 可以減小 因測量點不同或人為操作失誤造成的誤差2、淬火后的硬度測量次數(shù)12345硬度 （HRC）51.249.751.550.251.8圖表 8分析：與淬火前相比， 淬火后的硬度明顯增大。 說明適當?shù)拇慊鹂梢栽龃蟛牧系?硬度圖93、回火后

15、的硬度測量硬量次保 度 數(shù) 溫（HR時HC R ）時間12345平均0.540.541.240.641.840.140.7圖表 10分析：與淬火前相比， 回火后鋼的硬度明顯大于鋼的原始硬度， 但比淬火后的硬度小些。說明回火后鋼的硬度降低了圖114、45號鋼工藝照片淬火后在顯微鏡觀察到的組織圖12圖13回火后在顯微鏡下觀察到的組織圖14六、實驗結果分析圖像分析與討論：整體圖象比較暗， 可能是由于光源亮度不夠所造成； 結構區(qū)分不十分明顯， 可能是由于熱處理時未達到淬透要求致使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變不徹底所造成試驗中， 鋼淬火加熱后， 必須迅速在水中冷卻。 這是因為水的冷卻速度快， 防止奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w而得不到需要的馬氏體組織。 通過淬火， 鋼的硬度得到 了明顯的提高。淬火鋼在回火過程中發(fā)生了一系列的組織變化，這必然會引起機械性能發(fā) 生相應的變化。淬火鋼的回火，實質(zhì)上是一個軟化過程，性能變化的總趨勢是， 隨著回火溫度的升高，硬度、強度降低，而塑性、韌性提高。七、結論根據(jù)45鋼熱處理實驗結果，可以得出如