T10鋼熱處理工藝

1、學生姓名學號所屬院系專業(yè)/班級所用材料要求硬度閱卷人閱卷日期遼寧工程技術(shù)大學綜合及創(chuàng)新實驗開題報告吳雙全1308010318材料科學與工程學院材料13-3T10鋼5055HRC成績評定:T10鋼熱處理工藝設計一、實驗目的1、通過設計一組熱處理工藝方案提高T10鋼試樣的硬度，使其硬度達到5055HRC2、設計熱處理工藝使試樣金相組織中最終出現(xiàn)屈氏體。二、實驗材料及設備1、T10鋼圓柱試樣（15Xl5mrjn若干2、硝酸3、酒精4、砂紙5、拋光膏6、玻璃板7、箱式電阻爐及控溫儀表8、拋光機9、金相顯微鏡10、洛氏硬度計三、實驗內(nèi)容1、T10鋼概述目前常用的碳素工具鋼有T8、T10、T12,其中T1

2、0用量最多。T10鋼優(yōu)點是可加工性好，來源容易；但淬透性低、耐磨性一般、淬火變形大。因鋼中含合金元素微量，耐回火性差，硬化層淺，因而承載能力有限。雖有較高的硬度和耐磨性，但小截面工件韌性不足，大截面工件有殘存網(wǎng)狀碳化物傾向。T10鋼在淬火加熱（通常達800C）時不致于過熱，淬火后鋼中有過剩未溶碳化物，所以比T8鋼具有更高的耐磨性，但淬火變形收縮明顯。由于淬透性差，硬化層往往只有1.55mm一般采用220250c回火時綜合性能較佳。熱處理時變形比較大，故只適宜制造小尺寸、形狀簡單、受輕載荷的模具。2、T10鋼化學成分碳C:0.951.04（",%:碳的千分數(shù)）硅Si:<0.35鈕

3、Mn：<0.40硫S:<0.020磷P:<0.030銘Cr:允許殘余含量00.25<0.10（制造鉛浴淬火鋼絲時）鍥Ni:允許殘余含量00.20<0.12（制造鉛浴淬火鋼絲時）銅Cu:允許殘余含量00.3000.20（制造鉛浴淬火鋼絲時）注：允許殘余含量Cr+Ni+Cuw0.40（制造鉛浴淬火鋼絲時）3、T10鋼適用范圍這種鋼應用較廣，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而需要一定的韌性及具有鋒利刃口的各種工具，如車刀、刨刀、鉆頭、絲錐、擴孔刀具、螺絲板牙、銃刀手鋸鋸條、還可以制作冷鍛模、沖模、拉絲模、鋁合金用冷擠壓凹模、紙品下料模、塑料成

4、型模具、小尺寸冷切邊模及沖孔模，低精度而形狀簡單的量具（如卡板等），也可用作不受較大沖擊的耐磨零件等。四、實驗原理研究T10鋼經(jīng)退火、淬火、回火后的組織，需要運用Fe-Fe3c平衡相圖及過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖一C曲線從加熱和冷卻2個方面進行分析，鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律是由C曲線確定的。因此，研究鋼熱處理后的組織通常以C曲線為理論依據(jù)。按照不同的冷卻條件，過冷奧氏體將在不同的溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變。通過金相顯微鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)過冷奧氏體各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。T10鋼是過共析鋼，過共析鋼的C曲線跟亞共析鋼的相似，先析出的是滲碳體。隨著冷卻速度的增大，鋼的顯微組織變化是：滲碳體+珠

5、光體-滲碳體+索氏體滲碳體+托氏體托氏體+馬氏體+殘余奧氏體馬氏體+殘余奧氏體。為了使?jié)B碳體呈球狀并且均勻分布，改善切削加工性能，為最終熱處理做好組織準備，碳素工具鋼必須先進行球化退火。碳素工具鋼經(jīng)不完全淬火和中溫回火，硬度在5055HRCE圍，可作為低切削的刃具和形狀簡單的冷沖模五、實驗流程工藝1、球化退火表1球化退火工藝參數(shù)材料加熱溫度/c保溫時間/h冷卻速度出爐溫度/c硬度HBWT10鋼760680462030550197217含碳量大于0.75%的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退火作為預備熱處理，如果有二次網(wǎng)狀滲碳體的存在，則應先進行正火消除網(wǎng)狀滲碳體。球化退火是使鋼中碳化物球化，獲得球化

6、體的一種熱處理工藝。球化效果作用于T10鋼，其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削加工性，并為淬火作組織準備，因為球狀組織不易過熱，即球體溶入奧氏體較慢，所以奧氏體晶粒不易長大，淬火后組織為隱晶馬氏體，且淬火開裂傾向小。T10碳素工具鋼，一般采取球化退火，使?jié)B碳體成球狀均勻分布，若鍛件沿晶界出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物時，則先進行正火處理，消除網(wǎng)狀碳化物，然后進行球化退火。其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削加工性能，并為淬火作組織準備。因為球狀組織不易過熱，即球體溶入奧氏體慢，所以奧氏體晶粒不易長大，淬火后組織為隱晶馬氏體，且淬火開裂傾向小。常用的球化退火工藝如圖1所示（以T12為例）。圖a為一次加熱球化退

7、火工藝，要求退火前的原始組織為細片狀珠光體，圖b是目前生產(chǎn)上應用較多的球化退火工藝，圖c為反復球化退火工藝。圖1常用的幾種球化退火時間力T10鋼是高碳鋼，實驗采用圖b球化退火工藝，將其加熱到4以上2030c保溫4h后，再以3040C/h冷卻到680c等溫6h,冉爐冷到550c出爐。球化退火實現(xiàn)了碳化物快速球化的關(guān)鍵在于通過控制相變的熱力學和動力學來改變奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的模式-從傳統(tǒng)的片層轉(zhuǎn)變機制改變?yōu)椤半x異共析”的轉(zhuǎn)變形式?！半x異共析”的轉(zhuǎn)變形式是將奧氏體奧氏體直接轉(zhuǎn)變成球狀珠光體，時間大為縮短。為此，在加熱過程中奧氏體轉(zhuǎn)變完成之后必須在奧氏體基體上殘留足夠的未溶碳化物顆粒作為隨后冷卻過程中

8、珠光體離異共析轉(zhuǎn)變的核心。快速球化退火工藝去除加熱時間和冷卻時間，奧氏體化保溫時間和等溫轉(zhuǎn)變時間總和僅需2h（時間與工件大小無關(guān)）。對于工具鋼而言，有時可以采用調(diào)質(zhì)處理來代替球化退火，這樣不但省時省電，完全可以達到球化效果，而且經(jīng)調(diào)質(zhì)后的粒狀珠光體，比球化退火后的粒狀珠光體更細小，更均勻，更有利于最后的退火。2、不完全淬火表2T10鋼淬火工藝方案加熱溫度/C冷卻規(guī)范硬度HRC冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)溫度/C冷卻程度再冷卻到20C的介質(zhì)I770790水2040至250300c油冷6264R(NaCl)5%水溶液6265m（堿）5%-10%水溶液6264T10鋼淬透性低，容易產(chǎn)生變形和淬裂，需要用鹽水或堿

9、水水冷卻。另外碳素工具鋼對過熱敏感，晶粒容易長大，所以采用不完全淬火其淬火溫度一般是在碳化物與奧氏體共存的兩相區(qū)內(nèi)（Ai以上3050C）。這是由于碳化物的存在不僅可以阻止奧氏體的長大，使碳素工具鋼保持較小晶粒，從而能在高硬度條件下保證具有一定的韌性，而且剩余碳化物的存在也有利于模具耐磨性的提高。為防止過熱，選取最低的淬火加熱溫度（760780C）,為防止淬火開裂，必須在淬火方法上實現(xiàn)均勻冷卻。在實際生產(chǎn)中，只有在大型工件或裝爐量很多的情況下，才能把升溫時間和保溫時間分開考慮。由于淬火溫度高于相變溫度，所以升溫時間包括組織轉(zhuǎn)變的時間。保溫時間實際上只要考慮碳化物的溶解和奧氏體成分均勻化所需時間即

10、可。確定淬火加熱時間是個較為復雜的問題。到目前為止，還沒有一個可靠的計算方法，一般用經(jīng)驗公式來計算，通過試驗最終確定。常用經(jīng)驗公式為t=aKD（1）式中：t為加熱時間（min）；a為加熱系數(shù)（min/mn）；K為裝爐修正系數(shù)；D為工件有效厚度。加熱系數(shù)a表示工件單位厚度需要的加熱時間，其大小與工件尺寸、加熱介質(zhì)和鋼的化學成分有關(guān)。3、中溫回火對于本工藝要求的硬度、強度、耐磨性及一定韌性的淬火工件，選取淬火后再進行300350C之間進行回火。回火后得到回火屈氏體及在其分布均勻的細小碳化物顆粒組織，硬度一般可達5055HRC回火時間依據(jù)經(jīng)驗公式Th=K+AD其中，&為回火時間基數(shù)，本工藝K

11、,取20min。A為回火時間系數(shù)，本工藝取1min/mm故Th=20+115=35min。實際情況比理論計算時間略長。六、實驗步驟1 .選才？T10鋼圓柱零件4個。2 .試樣預處理：T10鋼分析并檢測其性能（硬度、金相組織、沖擊韌性、抗拉強度），觀察是否有網(wǎng)狀滲碳體（如果有正火去除）3 .等溫球化退火：將T10鋼加熱到4以上2030c保溫4h后，再以3040C/h冷卻到680c等溫6h,冉爐冷到550c出爐（球化退火），空冷。4 .淬火處理：計算出淬火保溫時間，確定淬火加熱溫度（760780C）,將球化退火后的試樣放入電阻爐中保溫45min后取出進行水油雙液淬火。在2040c的水或5%勺鹽水中

12、冷卻至250300C,立即放入2040c油中淬火至室溫。5 .硬度測量：先用砂紙將試樣表面打磨光滑，后用洛氏硬度計測量其表面硬度，三次取平均值。6 .中溫回火：將試樣放入箱式電阻爐中加熱至350c保溫3540min,空冷至室溫并測量硬度，如第5步。7 .金相組織觀察：(1)打磨。將T10鋼試樣依次用04號砂紙打磨至表面光亮，潔凈，平整，無凹坑，腐蝕孔。(2)拋光。將試樣磨面在拋光盤中心附近進行拋光，并適當調(diào)整壓力，時間為35min。(3)腐蝕。先用酒精清洗，然后用硝酸進行腐蝕35秒，清水沖洗后用脫脂棉擦干。(4)觀察組織。將腐蝕后的金相試樣在金相顯微鏡下觀察，并拍攝組織圖樣。七、預期結(jié)果表3T10鋼熱處理后的組織廳P原始組織熱處理規(guī)范硬度(HRC)金相組織1珠光體球化退火52鐵素體+滲碳體2780c直接淬火30min57馬氏體+殘余奧氏體+碳化物3球化退火+780C淬火56馬氏體+殘余奧氏體4780c直接淬火+低溫回火2h55回火馬氏體+殘余奧氏體根據(jù)表3及本實驗所需的工藝要求，T10鋼在經(jīng)球化退火及水油雙液淬火后采取350c中溫回火，達到其硬度5055,表層金相組織中出現(xiàn)回火屈氏體，如圖1。圖1回火屈氏體組織圖八、參考文獻1,吳晶，紀嘉明，丁紅燕金屬材料實驗指導M鎮(zhèn)江市江蘇大學出版社2009年4月26-50,93-100.2,邵紅紅，紀嘉明金屬組織控制技術(shù)與設備