碳鋼的熱處理后硬度測定以和金相分析實驗指導書

1、實驗七 碳鋼的熱處理及硬度測定以及金相分析實驗項目名稱： 碳鋼的熱處理及硬度測定、金相分析實驗項目性質：綜合實驗所屬課程名稱：金屬材料與熱處理實驗計劃學時：4一、實驗目的(1)熟悉碳鋼的基本熱處理(退火、正火、淬火及回火)工藝方法。(2) 了解含碳量、加熱溫度、冷卻速度等因素與碳鋼熱處理后性能的關系。(3)分析淬火及回火溫度對鋼性能的影響。(4)學會洛氏硬度計的使用。(5)學會采用不同的熱處理工藝，將會得到不同的組織結構，從而使鋼的性能 發(fā)生變化。二、實驗內容和要求熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法， 熱處理的主要目的是改善鋼材性 能，提高工件使用壽命。鋼的熱處理工藝特點是將鋼加熱到一定的溫

2、度，經一定時間的保溫，然后以某種速度冷卻下來，通過這樣的工藝過程能使鋼的性能發(fā)生 改變。熱處理之所以能使鋼的性能發(fā)生顯著變化， 主要是由于鋼的內部組織發(fā)生了 質的變化。采用不同的熱處理工藝過程，將會使鋼得到不同的組織結構， 從而獲 得所需要的性能。普通熱處理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。熱處理操作中，加熱溫度、保溫時間和冷卻方式是最重要的三個關鍵工序， 也稱熱處理三要素。正確選擇這三種工藝參數(shù)，是熱處理成功的基本保證。Fe-FeC 相圖和C-曲線是制定碳鋼熱處理工藝的重要依據(jù)。1、加熱溫度(1)退火加熱溫度：完全退火加熱溫度，適用于亞共析鋼，Ac+ (3050C)；球化退火加熱溫度，適

3、用于共析鋼和過共析鋼,Aci+ (3050C)。(2)正火加熱溫度：對亞共析鋼是Aq+(3050C)；過共析鋼是AGm+(3050C), 也就是加熱到單相奧氏體區(qū)。退火和正火的加熱溫度范圍見圖 2-1所示。圖2-1退火與正火的加熱溫度word格式資料(3)淬火加熱溫度：對亞共析鋼是 Aq+(3050C)；對共析鋼和過共析鋼是 Aci+ (3050C),見圖 2-2。鋼的臨界溫度 As Aq及Am,在熱處理手冊或合金鋼手冊中均可查到。再經計算可求出鋼的熱處理溫度。也可以利用鐵碳相圖決定A、A及As點的溫度再加上1020C即近似As Aq及Am,然后再計算熱處理溫度。表 2-1是各種碳鋼的臨界溫度

4、)c700120011001000900A+ Fe C38000.81.6a 3F+ A a 16002.W(C)%圖2-2淬火加熱溫度范圍表2-1 各種碳鋼的臨界溫度類別鋼號臨界點溫度(C)淬火溫度ACiAC3 或 ACmAriA3碳20735855680835860880素30732813677835850870結40724790680760840860構45724682682751840860鋼5072569069075077080060725695695743860880碳T7730770700-780800素T8730-700-780800工T10730800700-760800具T

5、12730820700-760800鋼760800(4)回火溫度：鋼淬火后必須要回火。回火溫度決定于最終所要求的組織和 性能。按加熱溫度，回火可分為低溫、中溫及高溫回火三類。低溫回火在150250c 進行回火，所得組織為回火馬氏體，硬度約為HRC60常用于切削刀具和量具；中溫回火是在350500c進行回火，硬度約為HRC3545主要用于各類彈簧熱處 理；高溫回火是在500650c進行，所得組織為回火索氏體，硬度為HRC2535 用于結構零件的熱處理；高于 650c的回火為珠光體，硬度較低。例如，45鋼的回火溫度經驗公式如下T=200+K (60-X)式中K系數(shù)，當回火

6、后要求的硬度值大于 HRC30寸，K=11;當硬度值小 于 HRC30寸，K=12;X所要求白硬度值(HRC。2、加熱時間熱處理加熱時間與許多因素有關，例如工件的尺寸、形狀、使用的加熱設備、 裝爐量、鋼的種類；熱處理類型、鋼材的原始組織、熱處理的要求和目的等。上 述因素都要綜合考慮，具體參考數(shù)據(jù)可查有關手冊。3、冷卻方法熱處理的冷卻方法至關重要，控制不同的冷卻速度(即采用不同的冷卻 方式)，可得到不同的組織，從而有不同的性能。(1)退火一般采用隨爐冷卻，冷到 500c左右，可以出爐空冷，不必在爐中冷到室溫。(2)正火 多采用在空氣中冷卻，大件常進行吹風冷卻。(3)淬火 采用急冷方式，即冷卻速度

7、應超過鋼的臨界冷卻速度， 以保證得 到馬氏體組織，另一方面冷卻速度應當盡量緩慢， 以減少內應力，避免變形和開 裂。為了調和上述矛盾，可以采用適當?shù)睦鋮s劑和冷卻方式。 常用的淬火方法有 雙液淬火、分級淬火、單液淬火、等溫淬火等。常用的淬火介質有清潔的自來水、濃度為510%勺NaCl水溶液、礦物油等。三、實驗主要儀器設備和材料1 、箱式電爐及控溫儀表；2 .水銀溫度計；3 .洛氏硬度機；4 .拋光機；5 .金相顯微鏡；6 .冷卻劑：水、油；7 .試樣：20鋼、45鋼、T12鋼。四、實驗方法、步驟及測試結果1 .淬火部分的內容及具體操作步驟(1)根據(jù)淬火條件不同，分五個小組進行，見表 3-2(2)加

8、熱前先將全部試樣測定硬度，一律用洛氏硬度測定。(3)根據(jù)試樣鋼號，按照Fe-Fe3c相圖確定淬火加熱溫度和保溫時間(可 按1分鐘/每毫米直徑計算)。(4)各組將淬火及正火后的試樣表面用砂紙磨平，以測出硬度值( HRC 填入表2-2。表2-2淬火實驗組 別淬火加 熱溫度 (C)冷卻 方式20鋼45鋼T12鋼處理前 硬度處理后 硬度處理前 硬度處理后 硬度處理前硬 度處理后 硬度11000水冷2750水冷3860空冷4860油冷5860水冷注：14組各種鋼號一塊，5組除20、T12鋼各一塊外，45鋼取五塊，以供回火用。2 .回火部分的內容及具體步驟：(1)根據(jù)回火溫度不同，分五個小組進行，見表 3

9、-3。各小組將已經正常淬 火并測定過硬度的45鋼試樣分別放入指定溫度的爐內加熱，保溫 30分鐘, 然后取出空冷。(2)有砂紙磨光表面，分別在洛氏硬度機上測定硬度值。(3)將測定的硬度值分別填入表2-3中。表2-3回火實驗組別135回火溫度200 c400 c600 c回火前HRC回火后HRC3 .洛氏硬度計測量方法：(1)選擇合適的壓頭及載荷。(2)根據(jù)試件大小和形狀選擇載物臺。(3)試件上下兩面磨平，然后置于載物臺上。(4)加預載荷，按順時針方向轉動升降機構的手輪，將試樣與壓頭接觸， 并觀察讀數(shù)百分表上小針移動至小紅點上為止。(5)調整讀數(shù)表盤，使百分表盤上的長針對準硬度值的起點，如測 HR

10、C HRAM度時，把長針與表盤上的黑字 G處對準；測量HRBM,使長針 與表盤上紅字B對準。(6)加主載荷。平穩(wěn)地扳動加載手柄，手柄自動長高至停止位置(時間為 57秒)，并停留10秒。(7)卸除主載荷。扳回加載手柄至原來位置。(8)讀數(shù)。表上長針指示的數(shù)字為硬度的讀數(shù)。HRC HRA讀黑數(shù)字；HRB讀紅數(shù)字。(9)下降載物臺，取出試樣。(10)用同樣方法在試件的不同位置測三個數(shù)據(jù),取其算術平均值為試件的硬度值。4,各試樣金相組織觀察。觀察和并繪畫各碳鋼不同熱處理條件下的顯微組織特征；5.注意事項(1)本實驗加熱和用的都為電爐，由于爐內電阻絲距離爐膛較近，容易漏電，所以電爐一定要接地，在放、取試

11、樣時必須先切斷電源。(2)往爐中放、取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油和水。開關爐門要迅速，爐門打開時間不宜過長。(3)試樣由爐中取出淬火時，動作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質量。(4)試樣在淬火液中應不斷攪動，否則試樣表面會由于冷卻不均而出現(xiàn)軟點。(5)淬火時水溫應保持2030C左右，水溫過高要及時換水。(6)淬火或回火后的試樣均要用砂紙打磨表面，去掉氧化皮后再測定硬度值。(7)試件的準備：試件表面應磨平、且無氧化皮和油污等；試件形狀應能 保證試驗面與壓頭軸線相垂直，測試過程應無滑動。(8)壓痕間距或壓痕與試件邊緣 HRA>2.5mmHRC>2.5mmHRB>4mm不同的洛氏硬度有不同的適用范圍，應按附錄表2選擇壓頭及載荷。這是因為超出規(guī)定的測量范圍時，硬度計的精確度及靈敏度均較差，以致結果的準確性較差。例如HRB102 HRC18?的寫法是不準確的，是不宜使用的。五、實驗報告要求：1 .實驗報告要求內