鋼的熱處理及硬度測(cè)量

關(guān)于鋼的熱處理及硬度測(cè)量〈一〉實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹炊祵?shí)驗(yàn)儀器〈三〉實(shí)驗(yàn)原理〈四〉操作步驟〈五〉注意事項(xiàng)第2頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1了解熱處理工藝操作；

2研究淬火溫度、冷卻速度、回火溫度對(duì)

45和T10鋼性能（硬度）的影響；

3熟悉硬度計(jì)的使用方法。第3頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、實(shí)驗(yàn)儀器1.箱式電阻爐2.布氏硬度計(jì)3.洛氏硬度計(jì)4.維氏硬度計(jì)第4頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、實(shí)驗(yàn)原理

碳鋼經(jīng)熱處理后的組織大都是不平衡組織，因此，在研究熱處理后的組織時(shí)，不但要使用鐵碳相圖，而且要用鋼的過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線（TTT或CCT曲線）來(lái)分析。45鋼經(jīng)不同熱處理后的組織

圖1為45鋼的CCT曲線?？捎脕?lái)分析該鋼在退火、正火、淬火后的組織。

圖145鋼的CCT曲線(一)熱處理實(shí)驗(yàn)第5頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

45鋼經(jīng)完全退火后得到的組織是鐵素體+珠光體。正火后的組織是鐵素體+索氏體,如圖2所示。與退火后的組織比較，正火后的組織中鐵素體量較少，珠光體型組織細(xì)密且數(shù)量較多。

圖245鋼的退火組織45鋼的正火組織第6頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

45鋼在正常加熱溫度下油淬，得到的組織是馬氏體（板條狀和針狀）+屈氏體（黑色網(wǎng)狀）+少量上貝氏體（暗灰色羽毛狀），如圖3所示。若在水中淬火可得到全部馬氏體（板條狀和針狀），但由于馬氏體很細(xì)小，在顯微鏡下不易分清其形態(tài)特征，如圖4所示。

圖345鋼的油淬組織圖445鋼的水淬組織第7頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

45鋼水淬后200℃回火，得到回火馬氏體,如圖5所示?；鼗瘃R氏體仍保持馬氏體的形態(tài)特征,但容易受浸濁，顏色比馬氏體深。

圖545鋼水淬后200℃回火組織第8頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

45鋼水淬后400℃回火，得到回火屈氏體，如圖6所示。回火屈氏體中的鐵素體呈白亮色，但仍基本保持原來(lái)馬氏體形態(tài)?；鼗鹎象w中的滲碳體則呈細(xì)小粒狀或細(xì)小片狀分布在鐵素體基體上。由于滲碳體顆粒非常細(xì)小，而且彌散度很大，在光學(xué)顯微鏡下不易分清。圖645鋼水淬后400℃回火組織第9頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天45鋼水淬后600℃回火，得到回火索氏體，如圖7所示?；鼗鹚魇象w中的鐵素體呈白亮色等軸晶粒，回火索氏體中的滲碳體呈粒狀（比回火屈氏體中的顆粒大）分布在鐵素體基體上。

圖745鋼水淬后600℃回火組織第10頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃水淬M+A?+Fe3C粒狀第11頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃水淬+200℃回火回火M+較少A?+Fe3C粒第12頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃加熱-水冷400℃回火T回火+Fe3C粒回火M轉(zhuǎn)變?yōu)椋涸诒３諱形態(tài)的F基體上分布著極其細(xì)小的滲碳體顆粒第13頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃水冷+600℃回火S回火+Fe3C粒由原來(lái)M組織形態(tài)變成多邊形F與顆粒狀滲碳體組成的組織稱為回火S第14頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二)硬度實(shí)驗(yàn)

1、布氏硬度布氏硬度簡(jiǎn)介布氏硬度操作原理布氏硬度檢測(cè)方法與技術(shù)條件布氏硬度的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。第15頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.1布氏硬度試驗(yàn)操作原理1.1.1操作原理用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕直徑，布氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商。見(jiàn)圖3－1第16頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.1.2計(jì)算公式布氏硬度試驗(yàn)采用硬質(zhì)合金球壓頭，硬度符號(hào)為HBW；普通鋼球，硬度符號(hào)為HBS布氏硬度值按下式計(jì)算的：式中：F—試驗(yàn)力，kgf；

s——壓痕表面積，mmh——壓痕深度，mm2。式中：D—球壓頭直徑，mm；

F——試驗(yàn)力，N；

d——壓痕平均直徑，mm；第17頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天2洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)：金屬洛氏硬度計(jì)是測(cè)量材料洛氏硬度的專用設(shè)備。a.根據(jù)施加試驗(yàn)力的方式不同洛氏硬度計(jì)可分為：1．直接加荷式硬度計(jì)2．杠桿式硬度計(jì)3.還有彈簧加試驗(yàn)力及液壓加試驗(yàn)力等形式的硬度計(jì)。b.按照結(jié)構(gòu)形式不同：還分為臺(tái)式和攜帶式等。第18頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖1－1直接加荷式硬度計(jì)1－2杠桿式洛氏硬度計(jì)第19頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

圖1-3洛氏硬度計(jì)的外觀圖第20頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天便攜式特點(diǎn)是：其試驗(yàn)力的施加是通過(guò)螺桿和一個(gè)已校準(zhǔn)的彈簧完成的；用刻度表測(cè)量彈簧位移來(lái)確定試驗(yàn)力的大小；壓痕深度的測(cè)量由精密螺旋測(cè)微機(jī)構(gòu)完成，硬度值的讀取方式是透過(guò)放大鏡讀取鼓輪上的刻度線。第21頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天洛氏硬度操作原理a.測(cè)量原理及操作過(guò)程洛氏硬度試驗(yàn)采用1200金剛石圓錐或淬火鋼球作為壓頭，在初試驗(yàn)力F0及總試驗(yàn)力F1先后作用下，將規(guī)定的壓頭壓入試樣表面，保持一定的時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力Fl，在保留初試驗(yàn)力F0下測(cè)量壓痕殘余深度e。100（或130）減去e值即為洛氏硬度值。第22頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天b.計(jì)算公式：為常數(shù)，用鋼球壓頭時(shí)為130；用金剛石壓頭時(shí)為100。K為什么定義為130或100？根據(jù)洛氏硬度定義：一個(gè)洛氏硬度單位在特定條件下定義為0.002mm的壓痕深度殘余增量。第23頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天c.洛氏硬度標(biāo)尺分類及選用原則

洛氏硬度計(jì)按照洛氏硬度試驗(yàn)的基本定義設(shè)計(jì)，采用金剛石、φ1.588mm和φ3.175mm鋼球三種壓頭，采用60kg、100kg、150kg三種試驗(yàn)力。GB/T230-91《金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法》中擴(kuò)展為HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRK、HRH九個(gè)標(biāo)尺。

第24頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

A標(biāo)尺采用金剛石壓頭，60kg的載荷，測(cè)量范圍為20~88HRA。適用于測(cè)定堅(jiān)硬或薄硬材料的硬度。如硬質(zhì)合金、滲碳后淬硬鋼、經(jīng)硬化處理的薄鋼帶、薄鋼板等。

C標(biāo)尺采用金剛石壓頭，150kg的載荷，測(cè)量范圍為20～70HRC。當(dāng)試樣硬度低于20HRC時(shí)，金剛石壓頭壓入試樣過(guò)深，由于壓頭幾何形狀所造成的誤差增大，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，一般要選用B標(biāo)尺；當(dāng)試樣硬度大于70HRC時(shí)，壓頭尖端產(chǎn)生的壓力過(guò)大，金剛石容易損壞，一般采用檢測(cè)力較小，壓入很深度較小的A標(biāo)尺。適應(yīng)于炭鋼、工具鋼及合金鋼等經(jīng)過(guò)淬火及回火處理的試樣的硬度試驗(yàn)。

B標(biāo)尺采用鋼球壓頭，100kg的載荷，硬度范圍為20～100HRB，當(dāng)試樣硬度小于20HRB時(shí)，多數(shù)情況下金屬開(kāi)始蛹變，變形延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，測(cè)量結(jié)果不容易準(zhǔn)確；當(dāng)試樣硬度大于100HRB時(shí)，由于鋼球壓頭可能變形，以及壓入深度太?。绊懢_測(cè)量，均可能造成誤差。用來(lái)測(cè)量有色金屬、合金及退火鋼等低硬度零件的硬度。洛氏硬度標(biāo)尺選用原則：第25頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

二）試樣（1）試樣的表面應(yīng)光滑平整，不應(yīng)有氧化皮及污物，尤其不應(yīng)有油脂。試樣表面應(yīng)能保證壓痕直徑的精確測(cè)量，表面粗糙度只Ra一般不應(yīng)低于0.80um（2）試樣的厚度至少應(yīng)為壓痕深度的10倍，兩壓痕中心距至少為壓痕直徑的4倍，不小于2mm（3）每個(gè)試樣上的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于四點(diǎn)（第一點(diǎn)不記），大批量檢測(cè)可適當(dāng)減少。d.洛氏硬度檢測(cè)及注意事項(xiàng)：一）試驗(yàn)設(shè)備的校驗(yàn)：壓頭、載荷、試驗(yàn)臺(tái)等

三）對(duì)圓柱面和球面上測(cè)得洛氏硬度值，應(yīng)進(jìn)行修正四）結(jié)果書(shū)寫洛氏硬度符號(hào)HR，HR前面為硬度數(shù)值，后面為使用的標(biāo)尺。如50HRC第26頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天e.洛氏硬度檢測(cè)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1.洛氏硬度檢測(cè)操作簡(jiǎn)便，迅速，工作效率高。2.由于使用檢測(cè)力小，產(chǎn)生的壓痕比布氏硬度檢測(cè)的壓痕小，因而對(duì)制件表面沒(méi)有明顯的損傷。3.由于使用金剛石壓頭和兩種直徑的鋼球作為壓頭，有三種檢測(cè)力共計(jì)九中標(biāo)尺，可以測(cè)量從較軟到較硬材料的硬度，使用范圍廣。4.再者有預(yù)檢測(cè)力，所以試樣表面輕微的不平度對(duì)硬度值的影響比布氏、維氏小。因此，適用于成批生產(chǎn)大量檢測(cè)的機(jī)械、冶金熱加工過(guò)程中以及半成品或成品的檢驗(yàn)。特別適用于刃具、模具、量具、工具等成品的檢測(cè)。第27頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、維氏硬度試驗(yàn)：維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度計(jì)及其檢測(cè)方法維氏硬度的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍維氏硬度檢測(cè)注意事項(xiàng)第28頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.試驗(yàn)原理1.1在規(guī)定的試驗(yàn)力作用下，將頂部?jī)上鄬?duì)面夾角為1360的金剛石正四棱錐體壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，見(jiàn)圖1－1。維氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得之商表示。壓痕被視為具有正方形基面并與壓頭角度相同的理想形狀．圖1－1維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕第29頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.2維氏硬度計(jì)算公式：第30頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.3維氏硬度試驗(yàn)分類及表示方法分類：維氏硬度試驗(yàn)按試驗(yàn)力大小的不同，細(xì)分為三種試驗(yàn)，即：維氏硬度試驗(yàn)、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)和顯微維氏硬度試驗(yàn)。見(jiàn)表3-1．表3-1維氏硬度試驗(yàn)的三種方法第31頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

維氏硬度表示方法：維氏硬度符號(hào)HV前面的數(shù)值為所測(cè)硬度值，后面為試驗(yàn)力值。維氏硬度試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)力保持時(shí)間為10～15s。如果選用這個(gè)時(shí)間以外的時(shí)間，在力值后面還需注上保持時(shí)間。例如：640HV30——采用294N(30kg)的試驗(yàn)力，保持10～15s時(shí)得到的硬度值為640；

640HV30/20——采用294．2N(30kg)的試驗(yàn)力，保持20s時(shí)得到的硬度值為640。第32頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天維氏硬度計(jì)2.1硬度計(jì)維氏硬度計(jì)一般分為固定式硬度計(jì)及便攜式硬度計(jì)兩種，其中主要是固定式；又分為直接加力式及杠桿式硬度計(jì)?；鶞?zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)為直接加力式；工作硬度計(jì)多為杠桿式。硬度計(jì)由下列部分組成：機(jī)體及工作臺(tái)、加力機(jī)構(gòu)、壓痕測(cè)量裝置。2維氏硬度計(jì)及其檢測(cè)方法第33頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

試驗(yàn)力的選擇要根據(jù)試樣的厚度和預(yù)期的硬度范圍而定。在試樣或零件有足夠厚度的情況下，宜采用較大試驗(yàn)力，這樣可以獲得較大的壓痕，便于對(duì)其對(duì)角線的測(cè)量，減小測(cè)量誤差，提高試驗(yàn)結(jié)果的推確性。但對(duì)于硬材料，如經(jīng)過(guò)熱處理(500Hv)的硬質(zhì)鋼材，不宜采用490.3N以上的試驗(yàn)力，以免損壞金剛石壓頭；但也不宜采用使壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度小于0.1m的試驗(yàn)力試驗(yàn)，此時(shí)將明顯增大測(cè)量誤差，降低試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。表2－1試驗(yàn)力的選擇第34頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天

試驗(yàn)法規(guī)定：試樣或試驗(yàn)層的厚度至少為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的1.5倍。保證試驗(yàn)后試樣背面不會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)的變形痕跡。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，表2－2，2－3提出了試樣最小厚度與試驗(yàn)力關(guān)系表，以供參考。表2－2第35頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天表2－3第36頁(yè),共41頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.維氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍3.1維氏硬度的相似性原理維氏硬度示值與試驗(yàn)力大小無(wú)關(guān)。對(duì)于均質(zhì)材料，硬度均勻的材料，采用任何大小的試驗(yàn)力所得到的壓痕