實(shí)驗(yàn)四 淬火回火綜合性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)四綜合性實(shí)驗(yàn)淬火、回火工藝對(duì)鋼的顯微組織和性能的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解淬火、回火工藝對(duì)鋼的顯微組織和性能的影響；2、熟悉熱處理的基本操作規(guī)程。二、實(shí)驗(yàn)說明淬火是將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度、韌性及疲勞強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機(jī)械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強(qiáng)其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時(shí)，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時(shí)工件便會(huì)發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火4類?；鼗鹗枪ぜ阌埠蠹訜岬紸C1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。回火一般緊接著淬火進(jìn)行，其目的是：（a）消除工件淬火時(shí)產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，防止變形和開裂；（b）調(diào)整工件的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，達(dá)到使用性能要求；（c）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。（一）碳鋼熱處理工藝1、加熱溫度亞共析鋼加熱溫度一般為Ac3+30-50°C，過共析鋼加熱溫度一般為Ac]+30-50°C（淬火）。淬火后回火溫度有三種，即：低溫回火（150-250C）、中溫回火（350-500C）、高溫回火（500-650C）。實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)鋼種及要求作適當(dāng)調(diào)整。2、保溫時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室中，通常按工件有效厚度，用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算加熱時(shí)間：t=a?D式中t----加熱時(shí)間（min）a——加熱系數(shù)（min/mm）D---工件有效厚度（mm）淬火后回火保溫時(shí)間，要保證工件熱透，使組織充分轉(zhuǎn)變，一般為1?3小時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，可酌情減少。3、冷卻方式碳鋼淬火時(shí)常用水或鹽水冷卻，合金鋼常用油冷卻。（二）碳鋼及低合金鋼淬火、回火后的組織1、珠光體型組織過冷奧氏體在高溫區(qū)（Al；至C曲線鼻尖）轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。隨著奧氏體在冷卻時(shí)過冷度的增加，依次得到珠光體、索氏體、屈氏體。他們都是鐵素體與滲碳體的細(xì)密機(jī)械混合物，但鐵素體與滲碳體的片層間距依次減小，組織的強(qiáng)度、硬度遞增。2、貝氏體型組織過冷奧氏體在中溫區(qū)（C曲線鼻尖與馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)M）進(jìn)行等溫淬火轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。貝氏體也是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。S（1）上貝氏體：是在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)稍下溫度等溫形成的。在光學(xué)顯微鏡下可觀察到成束的鐵素體向奧氏體晶內(nèi)伸展，呈羽毛狀。（2）下貝氏體：是在馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)（M）稍上的溫度形成的。在光學(xué)顯微鏡下呈灰黑色針狀或竹葉狀。與上貝氏體相比，下貝氏狀不僅具有較高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，且有較高的韌性及塑性。3、馬氏體組織過冷奧氏體在低溫區(qū)（Ms以下）轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。馬氏體是碳在鐵素體中的過飽和固溶體。馬氏體組織形態(tài)主要有兩種：（1）片狀馬氏體：高碳馬氏體，主要在高碳鋼淬火組織中形成。在光學(xué)顯微鏡下觀察呈針狀或竹葉狀。馬氏體針的粗細(xì)程度取決于淬火加熱溫度。例如T10鋼在淬火加熱溫度較低時(shí)（如760r）由于奧氏體中的碳濃度不均勻，在光學(xué)顯微鏡下分辨不出它的形態(tài)，稱之為隱針馬氏體；淬火溫度稍高時(shí)（820°C）可見到短針狀馬氏體；若淬火溫度提高到1000°C，由于奧氏體晶粒粗大，從而獲得粗大的馬氏體。片狀馬氏體性能較硬且脆。（2）板條馬氏體：又稱低碳馬氏體。主要在低碳鋼淬火組織中形成。在光學(xué)顯微鏡下觀察呈一束束相互平行的細(xì)長(zhǎng)條狀。一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可由幾束不同取向的馬氏體群，且束與束之間有較大的位相差。它不僅具有較高的強(qiáng)度與硬度，還具有良好的韌性與塑性。淬火組織中總會(huì)有一定數(shù)量的殘余奧氏體，并且隨著鋼中含碳量的增加，淬火溫度的提高，殘余奧氏體的相對(duì)量也會(huì)增加，殘余奧氏體不易受硝酸酒精的侵蝕，在光學(xué)顯微鏡下呈白亮色，無固定形態(tài)，難以與馬氏體區(qū)分，因此常常需回火后才可分辨出馬氏體間的殘余奧氏體。4、回火組織：鋼淬火后一般都需要經(jīng)回火才能滿足性能要求。根據(jù)回火溫度的高低，回火組織可分為以下幾類：（1）回火馬氏體：在150-250C回火時(shí)形成的組織為回火馬氏體。它是由極細(xì)小的彌散的￡-碳化物和a-Fe組成?；鼗瘃R氏體易于腐蝕，一般呈黑色，且保留原淬火針狀馬氏體或淬火板條馬氏體的形態(tài)，在光學(xué)顯微鏡下難以辨出其中的碳化物相。具有較高的強(qiáng)度及硬度，且脆性較低。（2）回火屈氏體：在350-450C回火時(shí)形成的組織為回火屈氏體。它是由細(xì)片狀或細(xì)粒狀滲碳體和鐵素體組成。在光學(xué)顯微鏡下，碳化物顆粒仍不易分辨，但可觀察到保持馬氏體形態(tài)的灰黑色組織，且馬氏體形態(tài)的邊界不十分清晰。它具有較高的屈服強(qiáng)度、彈性極限和韌性。（3）回火索氏體：在550-650C回火時(shí)形成的組織為回火索氏體。它是由粒狀滲碳體和鐵素體組成。在較高倍數(shù)的光學(xué)顯微鏡下可以觀察到滲碳體的顆粒，此時(shí)馬氏體形態(tài)已消失，600C以上回火時(shí)，組織中的鐵素體為等軸晶粒。工業(yè)上稱之為調(diào)質(zhì)處理?；鼗鹚魇象w具有優(yōu)良的綜合性能。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1、箱式加熱爐、井式加熱爐、淬火水槽、淬火油槽、砂輪機(jī)、拋光機(jī)、布氏硬度計(jì)、讀數(shù)顯微鏡、洛氏硬度計(jì)、金相顯微鏡；2、中20X50mm45鋼或40Cr鋼試樣，金相圖片、金相砂紙，侵蝕劑。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、全班分五組，每組領(lǐng)取試樣一套；2、每組將兩個(gè)中20X50mm、45鋼或40Cr試樣加熱到850C并保溫40’后，分別進(jìn)行油淬和水淬；3、把三個(gè)水淬后的＜p20X20mm45鋼或40Cr試樣，再分別進(jìn)行180C、420C、600C加熱保溫1小時(shí)空冷；把三個(gè)油淬后的◎20X20mm45鋼或40Cr試樣，再分別進(jìn)行180C、420C、600C加熱保溫1小時(shí)空冷；將以上試樣分別用砂輪機(jī)磨平后測(cè)出硬度并記錄在表4-2；5、按表4-1所列金相試樣在顯微鏡下觀察金相組織。

表7-145鋼不同熱處理下的顯微組織特征序號(hào)鋼號(hào)處理方式顯微組織145840油淬馬氏體+屈氏體245840水淬馬氏體+殘余奧氏體345840水淬+200回火回火馬氏體445840水淬+420回火回火屈氏體545840水淬+600回火回火索氏體以上試樣均由4%硝酸酒精侵蝕。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與要求1、列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并說明各種熱處理工藝對(duì)碳鋼的顯微組織和性能的影響；2、繪出所給試樣顯微組織示意圖，用箭頭表明圖中的各組織組成物，并注明成分、熱處理工藝、顯微組織、放大倍數(shù)及侵蝕劑；3、談?wù)剬?shí)驗(yàn)體會(huì)。表3-245鋼經(jīng)不同熱處理后的性能及顯微組織材質(zhì)熱處理工藝洛氏（HRC）或布氏（HB）硬度顯微組織123平均45840°C水淬840°C油淬840C水淬+180C回840C水淬+420C回840C水淬+600C回840C水淬+180C回840C水淬+420C回840C水淬+600C回六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、試樣淬火時(shí)，一定要用夾鉗夾緊，動(dòng)作要迅速，并在冷卻介質(zhì)中不斷攪動(dòng)；2、測(cè)硬度前，必須用砂輪或