熱處理實驗報告

材料成分和熱處理工藝對鋼組織與性能的影響一、實驗?zāi)康牧私鉄崽幚碓O(shè)備和幾種熱處理工藝〔正火，回火，淬火〕的實際操作。了解材料成分、熱處理工藝、組織和性能之間的關(guān)系。熟悉冷卻條件對鋼組織與性能的影響。初步熟悉洛氏硬度計的使用方法。利用金相顯微鏡觀察鋼組織。二、實驗原理鋼的淬火：鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3〔亞共析鋼〕或Acl〔過共析鋼〕以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下〔或Ms附近等溫〕進(jìn)行馬氏體〔或貝氏體〕轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。鋼的淬火有三個重要的影響因素：加熱溫度，保溫時間，冷卻速度。加熱溫度：亞共析鋼加熱溫度為Ac3溫度以上30?50°C。高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體(A)區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac1、低于Ac3溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全(或亞臨界)淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上30?50C，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體(A+C)雙相區(qū)。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。淬火保溫：淬火保溫時間由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。-般鋼件奧氏體晶?？刂圃??8級。

冷卻速度：要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，外表與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體,而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強(qiáng)的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。淬火加熱溫度范圍淬火加熱溫度范圍二、實驗材料與設(shè)備實驗材料：試樣為直徑14mm的40CrNi鋼圓柱形樣品。樣品成分如下：C：0.37?0.44,Si：0.17?0.37,Mn：0.50?0.80,Cr：0.45?0.75,Ni：1.00?1.40。實驗設(shè)備：40CrNi（①14mm）鋼試樣；箱式加熱爐；洛氏硬度計；金相顯微鏡及數(shù)碼照相系統(tǒng)；磨光機(jī)及金相砂紙〔60#,150#,240#,400#,600#,800#〕；拋光機(jī)及拋光液；浸蝕劑、酒精、玻璃器皿、竹夾子、脫脂棉、濾紙等。實驗步驟：要求根據(jù)所學(xué)的熱處理知識，制定合理的滿足所需纖維組織要求的熱處理工藝，并利用洛氏硬度計測試熱處理工藝后的洛氏硬度，制備金相試樣并利用金相顯微鏡觀察顯微組織。我們組所選的鋼為40CrNi。第一步：淬火處理。將樣品加熱到860°C，而加熱時間與鋼的成分、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(guān)，一般可按照經(jīng)驗公式來估算。樣品直徑14mm,T=KAD式中T—保溫時間〔min〕；K—裝爐系數(shù)〔〕；A—保溫系數(shù)〔〕；D—零件有效厚度。為保證好的加熱特性可選擇保溫時間為30min左右。第二步：冷卻處理。我們組選擇的是油冷。將樣品放在機(jī)油中上下晃動，直至冷1 冷卻介質(zhì)在下列溫度范國內(nèi)的冷卻速疫?XV秒)500—200=C侶t的水270刃r的水「100270水洛液11003001Q取血【1水港液U3D12003001錢&曲水落液m270硝酸鹽(^OQT)3刃102()?35礦務(wù)機(jī)油＜5001函30變壓誥袖(站它》12(]25卻至室溫。常用的幾種淬火冷卻介質(zhì)冷卻能力見下表。硬度測定：試樣冷卻至室溫后，將其在砂紙上打磨，先用60#砂紙，逐次加大砂紙型號，直至800#，每換一次砂紙就將試樣旋轉(zhuǎn)90度。打磨完后放在洛氏硬度計下測試，共測4次，去后三個平均值即為洛氏硬度值。如下：測試次數(shù)1234平均值硬度值/HRC顯微組織觀察與記錄：樣品制備：將上次在洛氏硬度計測量過的樣品在磨光機(jī)上拋光，是樣品外表到達(dá)如鏡子般光亮。然后用4%硝酸酒精侵蝕劑侵蝕至光亮鏡面變成白灰色，侵蝕適宜時間后用無水酒精擦凈，再用自來水沖洗干凈。顯微鏡下觀察并拍照記錄：五、實驗結(jié)果分析40CrNi鋼860°C淬火油冷顯微組織如圖3.1所示，相組織主要是馬氏體，從圖中可以看出侵蝕的不是很好，馬氏體組織不是很明顯，侵蝕不足。而且有少許劃痕。測得該樣品的洛氏硬度為52.6HRC，接近理論值，符合要求。淬火溫度對鋼組織和性能的影響：淬火加熱溫度的選擇：對于亞共析鋼采用Ac3+30~50°，對于共析鋼和過共析鋼采用Acl+20~40°。對于亞共析鋼如果淬火溫度高了，奧氏體晶粒就會粗大，淬火后嚴(yán)重影響和降低塑性和韌性，如果淬火溫度低了，奧氏體化就會不完全，淬火后會有鐵素體，導(dǎo)致淬火硬度不夠，強(qiáng)度降低。如圖2.2所示。對于共析鋼和過共析鋼，淬火溫度高了，同樣奧氏體晶粒就會粗大，同時碳化物溶入奧氏體過多，淬火后容易變形開裂，同時嚴(yán)重降低硬度和強(qiáng)度，如果溫度低了，碳化物溶入奧氏體過少，大部分碳化物保留下來，淬火后也容易變形開裂，奧氏體化后奧氏體含碳量過低，導(dǎo)致淬不上火，導(dǎo)致淬火后馬氏體硬度不夠，強(qiáng)度降低。淬火介質(zhì)的影響：常用淬火介質(zhì)冷卻能力見表3.1所示?？梢姡核睦鋮s能力最好，但是冷卻速度太快，容易導(dǎo)致工件淬裂。而油的冷卻能力在低溫區(qū)合適，但是在高溫區(qū)冷卻能力很低。在實際的生產(chǎn)中，根據(jù)鋼種來選擇淬火介質(zhì)。比方碳鋼的臨界冷卻速度大，可采用冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)水等；合金鋼的臨界冷卻速度小，可采用比較緩和的淬火介質(zhì)如油。六、 結(jié)論淬