45鋼的正火處理工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

.z.金屬材料工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目45鋼的正火處理工藝設(shè)計(jì)學(xué)院：專業(yè)：：**：目錄一．概述1.1熱處理的應(yīng)用領(lǐng)域及原理………21.2正火熱處理的目的和作用………31.345*鋼的材料性能………………3二.工藝方案2.1正火處理熱工藝設(shè)備…………52.2試驗(yàn)技術(shù)要求：…………………52.345*鋼正火處理溫度選擇………52.4保溫時(shí)間…………52.5測定試樣各項(xiàng)性能指標(biāo)并與預(yù)期要求進(jìn)行對(duì)比………………52.6設(shè)計(jì)方案工藝圖…………………5三.工藝試驗(yàn)……………7四.結(jié)果與分析………10五.結(jié)論………………15六.參考文獻(xiàn)…………16概述1.1熱處理的應(yīng)用領(lǐng)域及原理熱處理是通過加熱和冷卻固態(tài)金屬的操作方法來改變其部組織結(jié)構(gòu)，并獲得所需性能的一種工藝。熱處理不僅可以強(qiáng)化金屬材料、充分發(fā)揮其部潛力、提高或改善工件的使用性能和工藝性能，而且還是提高加工質(zhì)量、延長工件和刀具使用壽命、節(jié)約材料、降低成本的重要手段。所以，機(jī)械、交通、能源以及航空航天等工業(yè)部門的大多數(shù)零部件和一些工程構(gòu)件，都需要通過熱處理來提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。例如，機(jī)床工業(yè)的60％～70％零件，汽車、拖拉機(jī)的70％～80％零件，

飛機(jī)的幾乎全部零件都要熱處理。

根據(jù)熱處理的目的、要求以及加熱和冷卻條件的不同，金屬材料熱處理可分為退火、正火、淬火、回火及表面熱處理等五種基本方法。鋼的熱處理原理主要是利用鋼在加熱和冷卻時(shí)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律，根據(jù)這些基本規(guī)律和要求來確定加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻介質(zhì)等有關(guān)參數(shù)，以達(dá)到改善材料性能的目的。

熱處理方法雖多，但任何一種熱處理都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的，因此可以用“溫度一時(shí)間”曲線圖表示。

1.2正火熱處理的目的和作用熱處理是將鋼件在一定的介質(zhì)中加熱到一定的溫度并保溫一定的時(shí)間，然后冷卻，以期改變其整體或者表面組織，從而獲得所需要的性能的一種熱加工工藝。正火的目的對(duì)于低碳鋼退火后硬度太低，切削加工性能不好，正火時(shí)用較快的冷卻速度，能改變其顯微組織，提高硬度，改善切削性能。對(duì)于含碳量在0．25％～o．5％的中碳鋼，正火能細(xì)化晶粒，使組織均勻，同時(shí)硬度也不高，切削性能良好，與退火相比成本也較低，另外正火還有細(xì)化奧氏體晶粒，消除氏組織的作用。亦可消除網(wǎng)狀滲碳體組織。正火是將剛加熱到Ac3(或Acm)以上適當(dāng)溫度，保溫后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。本次課程設(shè)計(jì)所用的材料為45*鋼，屬于中碳鋼，其工藝加工目的為：消除組織缺陷、保持硬度、為調(diào)質(zhì)做準(zhǔn)備。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體量相對(duì)較多，且片層較細(xì)密，故性能有所改善，細(xì)化了晶粒，改善了組織，消除了殘余應(yīng)力。對(duì)低碳鋼來說，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對(duì)于高碳鋼，則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織準(zhǔn)備。1.345*鋼的材料性能45*鋼：45*鋼，是GB中的叫法，JIS中稱為：S45C,ASTM中稱為1045,080M46，DIN稱為：C4545*鋼是普通的中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低、來源廣，所以應(yīng)用廣泛。45*鋼化學(xué)成分為：含碳（C）量是0.42~0.50%，Si含量為0.17~0.37%，Mn含量0.50~0.80%，Cr含量≤0.25%，Ni含量≤0.30%。，Cu含量≤0.25%。45*鋼主要用途：

調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨。可用調(diào)質(zhì)＋表面淬火提高零件表面硬度。本次實(shí)驗(yàn)選用的材料為：用砂輪切割機(jī)切100mm長，直徑50mm的圓鋼 45*鋼相圖45*鋼相圖工藝方案2.1正火處理熱工藝設(shè)備：箱式電阻爐、夾鉗、HB-3000B-I布氏硬度計(jì)、讀數(shù)顯微鏡、WE-200型液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)、M2預(yù)磨機(jī)、P-2G金相試樣拋光機(jī)、金相砂紙、拋光布、金剛石拋光膏和金相顯微鏡。2.2試驗(yàn)技術(shù)要求：熱處理后的力學(xué)性能：以Φ20～40×100mm試樣為試驗(yàn)對(duì)象，要求熱處理后的力學(xué)性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度大于500Mpa，屈服強(qiáng)度大于350Mpa，延伸率大于10%，硬度HB180以上；2.345*鋼正火處理溫度選擇：850正火時(shí)的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)Fe-Fe3C相圖確定（如下圖所示）。對(duì)于45鋼（亞共析鋼），其加熱溫度為Ac3、Accm+30～50℃加熱溫度℃工件形狀圓柱形方形板形保溫時(shí)間分鐘/每毫米直徑分鐘/每毫米厚度分鐘/每毫米厚度7001.52.2380011.529000.81.21.610000.40.60.82.4保溫時(shí)間：保溫加熱時(shí)間是將試樣加熱到正火溫度所需的時(shí)間及在正火溫度停留保溫所需時(shí)間的總和。加熱時(shí)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(yàn)公式來估算，碳鋼在電爐中加熱時(shí)間的計(jì)算如右表所示。2.5測定試樣各項(xiàng)性能指標(biāo)并與預(yù)期要求進(jìn)行對(duì)比2.6設(shè)計(jì)方案工藝圖試件號(hào)Ac3/℃熱處理溫度/℃保溫時(shí)間/min冷卻介質(zhì)1、2、378085035空氣4780850150空氣加熱，保溫，冷卻曲線時(shí)間時(shí)間溫度Ac3(Accm)+30～50空冷工藝試驗(yàn)3.1試驗(yàn)過程1.材料截取及表面處理(1)截取3個(gè)Φ50×30mm、1個(gè)Φ50×240mm(2)將試件表面磨平。2.材料處理前的力學(xué)性能測試(1)將1、2、3號(hào)試樣用HB-3000B-I布氏硬度計(jì)測試熱處理前的硬度。(2)磨光，拋光試樣表面，經(jīng)腐蝕后觀察金相組織拍照保存留用。3.材料的熱處理(1)將1、2、3號(hào)試樣放入箱式電阻爐中850℃(2)將4號(hào)試樣放入箱式電阻爐中850℃(3)將4個(gè)試樣取出置于空氣中冷卻。4.材料處理后的力學(xué)性能測試(1)將1、2、3號(hào)試樣在布氏硬度計(jì)上不同的三個(gè)部位打硬度，記下硬度值并求出平均值。(2)將4號(hào)試樣經(jīng)過車床加工后后用于拉伸試驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)。(3)將1、2、3號(hào)試樣在線切割機(jī)上沿中間部分徑向切開，然后打磨、拋光，制作金相試樣，觀察金相組織并照相。5.金相顯微組織觀察(1)取樣：(2)打磨：200﹟金相砂紙→600﹟金相砂紙→800﹟金相砂紙→1200﹟金相砂紙(3)拋光：拋光劑為金剛石拋光膏，直至試樣表面無劃痕。(4)腐蝕:試樣拋光面侵入3%硝酸酒精侵蝕劑中，面呈暗灰色，用水沖洗。(5)烘干：用吹風(fēng)機(jī)吹干。(6)顯微攝影：用金相顯微鏡對(duì)拋光后腐蝕的表面進(jìn)行拍照。6.對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析并完成試驗(yàn)報(bào)告。3.2試驗(yàn)結(jié)果（原始數(shù)據(jù)）1、2、3*試樣硬度試驗(yàn)：45*鋼正火前：試件號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)d1/mmd2/mmd/mm平均值/mm11.3395.8054.4664.4530.615.0454.4350.3944.8514.45720.1944.6044.414.4020.4694.8924.4231.75.0754.37530.2754.7024.4274.4441.085.544.461.3785.8244.44645*鋼正火后：試件號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)d1/mmd2/mmd/mm平均值/mm11.1315.4874.3564.4420.645.034.590.4244.8034.37921.2095.5854.3764.3821.485.864.381.3195.7094.3930.4354.8514.4164.361.6536.0684.4150.524.874.254*試樣拉伸試驗(yàn)：r0/mm5A078.5L0/mm50r/mm4.05A51.5L/mm63△r/mm0，95△A27.0△L/mm13Fb/N44245σb/MPa558.99σs/MPa558.99E/MPa8764.87σp/MPa409.41Fp/N32434四、結(jié)果與分析4.1硬度測量結(jié)果及分析材料編號(hào)試件厚度正火工藝硬度值加熱溫度保溫時(shí)間冷卻方式處理前(HB)處理后(HB)45*135mm85035min空冷183184225mm85035min空冷187189334mm85035min空冷184191表1硬度試驗(yàn)分析：從表1中，我們可以看出相同截面的同種實(shí)驗(yàn)材料（454*鋼）在未處理和在經(jīng)歷了同種溫度同樣時(shí)間的熱處理工藝的基礎(chǔ)上，展現(xiàn)出的硬度測試值是基本相同的。但此次實(shí)驗(yàn)中各個(gè)材料的具體測試值還是有一定差距的，具體體現(xiàn)在未處理前金相試樣的硬度值最小差距為1HB，最大差距為4HB，熱處理完成后，其硬度值差距變大，甚至不滿足之前未處理時(shí)的硬度變化規(guī)律，其差距最小為5HB，最大為7HB。分析其原因?yàn)闇y量誤差和試驗(yàn)較少，出現(xiàn)個(gè)體差異。且本次實(shí)驗(yàn)的初始試樣已經(jīng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，這可能是由于原材料本身在出廠前就已經(jīng)進(jìn)行過了正火處理或其它工藝處理。4.2試樣處理前后金相照片及分析未處理的試樣金相組織圖片：處理后的試樣金相組織圖片：1*：2*：3*：4.3金相組織照片分析：如Fe-Fe3C相圖所示，45*鋼C含量為0.45%，屬于亞共析鋼。試樣在850℃（A3線以上）時(shí)保溫35min后經(jīng)空氣冷卻后，優(yōu)先從奧氏體晶界析出先共析鐵素體，然后奧氏體與鐵素體的成分分別沿GS和GP線變化。到達(dá)PS線時(shí)，剩余奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，PS線以下，從鐵素體中析出Fe3金相組織圖片中黑色粒狀為珠光體，白色為鐵素體基體。對(duì)比未處理的試樣與處理后的試樣金相組織圖片，原始試樣中晶粒粗大且組織分布不均勻，而在處理后的1*、3*試樣中可以很明顯看出珠光體晶粒變小，大概在20~30μm左右，組織分布均勻化。達(dá)到了正火細(xì)化晶粒，均勻組織的目的。而對(duì)于2*試樣，由于試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，金相組織顯得很模糊，但在顯微鏡放大下可以看出其中的珠光體、鐵素體以及一些共析組織。4.4.拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果拉伸試樣圖SHAPE4.5.拉伸試驗(yàn)分析上圖為正火、調(diào)質(zhì)、退火低碳鋼，低碳鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼，工業(yè)純鐵等的拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖樣，在比較圖譜的時(shí)候發(fā)現(xiàn)此圖更像是調(diào)質(zhì)鋼、有色金屬等的拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線，說明本次實(shí)驗(yàn)中此試樣的處理出現(xiàn)了部分低溫回火的現(xiàn)象，這與實(shí)驗(yàn)的處理及拉伸式樣的制作出現(xiàn)的誤差有關(guān)。五、結(jié)論通過本次的課程設(shè)計(jì)，我了解到了材料的工藝設(shè)計(jì)要求與完成工藝要求需要進(jìn)行的工藝設(shè)計(jì)、操作、數(shù)據(jù)處理、分析比較等多方面的知識(shí)。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程出現(xiàn)了較多的操作問題，很多問題是設(shè)計(jì)工藝上的，比如之前的課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)了九個(gè)試樣在3種不同溫度、三種不同的冷卻時(shí)間處理下的工藝流程，在進(jìn)行小組討論及分析后，我們?cè)诮Y(jié)合、采納了多名同學(xué)的意見和建議的基礎(chǔ)上完成了本次課程設(shè)計(jì)的工藝流程設(shè)計(jì)。我想這是通過探討我發(fā)現(xiàn)的自身在熱處理工藝方面的不足的良好機(jī)會(huì)。此外，在課程設(shè)計(jì)之初，我們將實(shí)驗(yàn)操作的流程看的過于簡單，直到自己上手進(jìn)行具體操作時(shí)才發(fā)現(xiàn)，自身的各種不足，譬如，金相試樣在拋光處理后出現(xiàn)了試樣過大，無法在金相顯微鏡下進(jìn)行測量的情況，正火工藝時(shí)具體加熱的保溫的時(shí)間，打磨金相時(shí)具體操作出現(xiàn)不熟練的情況，這些都是我們事先沒有預(yù)估計(jì)到的。不過，通過現(xiàn)場的探討，詢問老師，及上網(wǎng)查閱相關(guān)的資料等手段，我們?cè)诮?jīng)歷磕磕碰碰的小問題的同時(shí)，順利的完成了課程設(shè)計(jì)的各項(xiàng)既定任務(wù)，這也是很值得我們開心的。課程設(shè)計(jì)給我上的最好的一課是在動(dòng)手能力和處理問題的能力上，切金相試樣，打磨金相試樣，短短幾個(gè)字卻包含著很多的動(dòng)手操作，有時(shí)候因?yàn)樽约菏稚弦稽c(diǎn)點(diǎn)的不在意，一個(gè)試樣就報(bào)廢，需要從頭再來，處理問題的能力就現(xiàn)得更加明顯了，在工藝方案完成的時(shí)候，大家都覺得本次的課程設(shè)計(jì)會(huì)很順利的進(jìn)行，但是，沒想到具體操作起來會(huì)有這么多的“攔路虎”，他們是我們之前沒有考慮到的細(xì)節(jié)問題，萬能拉伸機(jī)怎么拉實(shí)驗(yàn)，拉伸速度怎么給，拉伸試樣怎么做，這些都著實(shí)為難了我們一把?；仡櫰鸫苏n程設(shè)計(jì)，現(xiàn)在我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到