碳钢的热处理后硬度测定以及金相分析 实验指导书

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1、实验七碳钢的热处理及硬度测定以及金相分析实验项目名称:碳钢的热处理及硬度测定、金相分析实验项目性质:综合实验所属课程名称:金属材料与热处理实验计划学时:4一、实验目的(1)熟悉碳钢的基本热处理(退火、正火、淬火及回火)工艺方法。(2)了解含碳量、加热温度、冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。(3)分析淬火及回火温度对钢性能的影响。(4)学会洛氏硬度计的使用。(5)学会采用不同的热处理工艺,将会得到不同的组织结构,从而使钢的性能发生变化。二、实验内容和要求热处理是一种很重要的金属加工工艺方法,热处理的主要目的是改善钢材性能,提高工件使用寿

2、命。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度,经一定时间的保温,然后以某种速度冷却下来,通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。热处理之所以能使钢的性能发生显著变化,主要是由于钢的内部组织发生了质的变化。采用不同的热处理工艺过程,将会使钢得到不同的组织结构,从而获得所需要的性能。普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。热处理操作中,加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序,也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数,是热处理成功的基本保证。Fe-FeC相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。1、加热温度(1)退火加热温

3、度:完全退火加热温度,适用于亚共析钢,Ac3+(30~50℃);球化退火加热温度,适用于共析钢和过共析钢,Ac1+(30~50℃)。(2)正火加热温度:对亚共析钢是Ac3+(30~50℃);过共析钢是Accm+(30~50℃),也就是加热到单相奥氏体区。退火和正火的加热温度范围见图2-1所示。图2-1退火与正火的加热温度(3)淬火加热温度:对亚共析钢是Ac3+(30~50℃);对共析钢和过共析钢是Ac1+(30~50℃),见图2-2。钢的临界温度Ac1、Ac3及Accm,在热处理手册或合金钢手册中均可查到。再经计算可求出钢的热处理温度。也可

4、以利用铁碳相图决定A1、A3及Acm点的温度再加上10~20℃即近似Ac1、Ac3及Accm,然后再计算热处理温度。表2-1是各种碳钢的临界温度。图2-2淬火加热温度范围表2-1各种碳钢的临界温度类别钢号临界点温度(℃)淬火温度Ac1Ac3或ACcmAR1AR3碳素结构钢20735855680835860~88030732813677835850~87040724790680760840~86045724682682751840~86050725690690750770~80060725695695743860~880碳素工具钢T77307

5、70700-780~800T8730-700-780~800T10730800700-760~800T12730820700-760~800T13730830700-760~800(4)回火温度:钢淬火后必须要回火。回火温度决定于最终所要求的组织和性能。按加热温度,回火可分为低温、中温及高温回火三类。低温回火在150~250℃进行回火,所得组织为回火马氏体,硬度约为HRC60,常用于切削刀具和量具;中温回火是在350~500℃进行回火,硬度约为HRC35~45,主要用于各类弹簧热处理;高温回火是在500~~650℃进行,所得组织为回火索氏体

6、,硬度为HRC25~35,用于结构零件的热处理;高于650℃的回火为珠光体,硬度较低。例如,45钢的回火温度经验公式如下T=200+K(60-X)式中K——系数,当回火后要求的硬度值大于HRC30时,K=11;当硬度值小于HRC30时,K=12;X——所要求的硬度值(HRC)。2、加热时间热处理加热时间与许多因素有关,例如工件的尺寸、形状、使用的加热设备、装炉量、钢的种类;热处理类型、钢材的原始组织、热处理的要求和目的等。上述因素都要综合考虑,具体参考数据可查有关手册。3、冷却方法热处理的冷却方法至关重要,控制不同的冷却速度(即采用不同的冷

7、却方式),可得到不同的组织,从而有不同的性能。(1)退火一般采用随炉冷却,冷到500℃左右,可以出炉空冷,不必在炉中冷到室温。(2)正火多采用在空气中冷却,大件常进行吹风冷却。(3)淬火采用急冷方式,即冷却速度应超过钢的临界冷却速度,以保证得到马氏体组织,另一方面冷却速度应当尽量缓慢,以减少内应力,避免变形和开裂。为了调和上述矛盾,可以采用适当的冷却剂和冷却方式。常用的淬火方法有双液淬火、分级淬火、单液淬火、等温淬火等。常用的淬火介质有清洁的自来水、浓度为5~10%的NaCl水溶液、矿物油等。三、实验主要仪器设备和材料1、箱式电炉及控温仪表

8、;2.水银温度计;3.洛氏硬度机;4.抛光机;5.金相显微镜;6.冷却剂:水、油;7.试样:20钢、45钢、T12钢。四、实验方法、步骤及测试结果1.淬火部分的内容及具体操作步骤

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