碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响.doc

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1、实验三碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响一、实验目的1.了解碳钢热处理工艺操作。2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值。3.掌握热处理后钢的金相组织分析。4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响。5.巩固课堂教学所学相关知识，体会材料的成分-工艺-组织-性能之间关系。二、实验内容1.45和T12钢试样淬火、回火操作，用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度。工艺规范见表6—1。2.制备并观察标6—2所列样品的显微组织。3.观察幻灯片或金相图册，熟悉钢热处理后的典型组织：上贝氏体、下贝氏体、片状马氏体、条状马氏体、回火马氏体等的金相

2、特征。三、概述1．淬火、回火工艺参数的确定。Fe—Fe3C状态图和C—曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。热处理工艺参数主要包括加热温度，保温时间和冷却速度。（1）加热温度的确定淬火加热温度决定钢的临界点，亚共析钢，适宜的淬火温度为Ac3以上30~50℃，淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。如果加热温度不足（

3、针叶较细，从而减低脆性。回火温度，均在Ac1以下，其具体温度根据最终要求的性能（通常根据硬度要求）而定。（2）加热，保温时间的确定加热、保温的目的是为了使零件内外达到所要求的加热温度，完成应有的组织转变。加热、保温时间主要决定于零件的尺寸、形状、钢的成分、原始组织状态、加热介质、零件的装炉方式和装炉量以及加热温度等。本试验用圆形薄片试样，在马福电炉中加热，加热温度在800~900℃之间，按直径每毫米保温一分钟计算。回火加热保温时间，应与回火温度结合起来考虑，一般来说，低温回火时，由于所得组织并不是稳定的，内应力消除也不充分，为了使组织和内应力稳定，从而使零件在使用过程中性

4、能与尺寸稳定，所以回火时间要长一些，不少于1.5~2小时。高温回火时间不宜过长，过长会使钢过分软化，有的钢种甚至造成严重的回火脆性，一般在0.5~1小时。本试验淬火后的试样分别不同温度回火（见表6—2），保温时间均在1小时内。（3）冷却介质冷却介质是影响钢最终获得组织与性能的重要工艺参数，同一种碳钢，在不同冷却介质中冷却时，由于冷却速度不同，奥氏体在不同温度下发生转变，并得到不同的转变产物。淬火介质主要根据所要求的组织和性能来确定。常用的介质有水、盐水、油、空气等。对碳钢而言，退火常采用随炉缓慢冷却，正火为空气中冷却，淬火为在水或盐水中冷却，回火为在空气中冷却。1．基本组

5、织的金相特征碳钢经退火、正火后可得到平衡组织，淬火后则得到各式各样的不平衡组织，这样，在研究钢热处理后的组织时，不仅要参考铁碳状态图和C—曲线，从而还要熟悉以下基本组织的金相特征。①索氏体：是铁素体与片状渗碳体的机械混合物。片层分布比珠光体细密，在高倍（700×左右）显微镜下才能分辨出片层状。②屈氏体：也是铁素体与片状渗碳体的机械混合物。片层分布比索实体更细密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到黑色组织如墨菊状。当起少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体；当析出量较多时，则成大块黑色晶粒状。只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层状。层片愈细，则塑性变形的抗力愈大，强度

6、及硬度愈高，另一方面，塑性及韧性则有所下降。③贝氏体：从金相形态看，贝氏体主要有三种形态，即羽毛状上贝氏体和针状下贝氏体、粒状贝氏体。（a）上贝氏体基本特征：条状铁素体大致平行排列，在铁素体条间分布与铁素体条轴相平行的条状渗碳体。同时铁素体条内有较高的位错密度。（照片6—3，参照照片12—3）在上贝氏体中，渗碳体条间距决定与铁素体条的宽度，通常比珠光体的片间距大，且渗碳体的分布是断断续续的。上贝氏体的强度较低，同时由于在铁素体条间存在有狭长的碳化物沉淀，使条间易于断裂，故生产中应尽量避免这一组织产生。（b）下贝氏体：黑色针状，有一定取向，比淬火马氏体易腐蚀，极相似于回火马

7、氏体。下贝氏体特征：针状铁素体内沉淀有碳化物，碳化物的趋向与铁素体的长轴成55~60°。（照片6—4，照片12—4）（c）粒状贝氏体：在低中碳合金钢中，特别是连续冷却时（如正火、热轧空冷或焊接热影响区）往往出现这种组织，在等温冷却时也可能形成。其形成温度在中温转变区的较高温度。是由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。岛状组织刚形成时为富碳奥氏体，随后的转变可以有三种情况：分解为铁素体和碳化物；发生马氏体转变；仍然保持为富碳的奥氏体。（照片6—5）④马氏体：所谓马氏体就是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体组织形态按其碳含量的高