碳钢热处理实验

1碳钢热处理实验报告专业:班级:组别:组员名单：姓名学号XX大学机电工程系指导老师：20XX年X月碳钢的热处理实验2一．实验目的（1）了解碳钢热处理工艺操作。（2）学会使用马氏体测量材料的硬度性能值。（3）探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对40钢和T12钢的组织和性能的影响。（4）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、概述热处理是一种很重要的热加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。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结构可以发生一系列变化。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。钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。三．实验原理(1)钢的热处理1.钢的退火：钢的退火指将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却的过程。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。2.钢的正火:正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Acm以上40~60℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。3.钢的淬火：所谓淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1(过共析钢)以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（V冷应大于V临），以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、保温时间和冷却速度。34.钢的退火：退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。(2)洛氏硬度计的测量原理：洛氏硬度计是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。在规定条件下，将洛氏硬度计压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h。以压痕残余深度ｈ代表硬度的高低。洛氏硬度试验原理如图所示：四．实验设备及其材料（1）箱式电炉及温控仪表（2）洛氏硬度计（3）冷却剂：水和油（4）试样：45#钢五．实验内容（1）测量原材料的硬度。（2）进行45#钢的淬火实验。（3）对45#钢加热到800度后空冷到常温。（4）用洛氏硬度计测量试样热处理试验前后的硬度。（5）记录实验数据。六．热处理工艺参数的确定（1）加热温度的确定。淬火温度取决于钢的临界点。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细小的马氏体。如果加热温度小于Ａｃ３，淬火组织中仍保留一部分原始组织的铁素体，会造成淬火硬度不足。4过共析钢，适宜的淬火温度为Ａｃ1以上30℃~50℃，淬火后的组织为马氏体和二次渗碳体。（2）加热温度和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。其时间主要取决零件的尺寸`形状`钢的成分`原始组织状态`加热介质`零件的装炉方式以及加热温度等。本试验中用圆柱形短试样，在马福电炉中加热，加热温度在如表1所示，安直径每毫米大约以分钟计算。如D=12mm,加热时间约为t=11min。（3）冷却介质与方法与冷却介质适应是最终获得组织与性能的重要工艺因素，淬火介质主要根据所要求的组织和性能来确定。常用介质有水`盐水`油`空气等。七．实验流程、成员原始数据记录及分析。1．实验流程：a按组领取式样，绑好铁丝环。b练习测定式样处理前硬度。c规定条件进行热处理，注意操作安全。d样处理后，用砂纸抹去氧化皮，擦净，然后在洛氏硬度计上测硬度值。e记录数据。2，实验数据:表一：试样原始硬度：材料原始硬度（单位：巴氏硬度）平均值（单位：巴氏硬度）第一次第二次第三次45#钢11.511.414.412.4T1018.321.524.121.3表二：组别冷却方式处理后硬度平均值1在仪器中冷却5.84.14.65.66.24.95.22在空气中冷却17.217.919.518.619.419.518.63在水中冷却18.321.515.019.019.520.018.94在油中冷却23.024.030.028.027.025.029.15在水中冷却后回炉650℃27.928.027.126.425.826.527.06在水中冷却后回炉200℃48.850.752.544.148.146.148.42.8HRC)，然后在800温度下加热8分钟，然后进行空冷处理，之后再进行三次硬度测试，其值分别为32.9，33.0，32.4，单位为HRC，然后在显微镜观察并获取图像。45#钢正火温度为800度。保温一段时间（8分钟），45#的组织转变为奥氏体+二次渗碳体，保温后放入空气中冷却，可以形成索氏体和托氏体，这样可以细化组织，适当提高硬度和强度。5八、注意事项1．本实验加热都为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。2．往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长。3．试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。4．试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点。5．淬火时水温应保持20~30℃左右，水温过高要及时换水。6．退火、正火、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨，去掉氧化皮后再测定硬度值。九．结果及讨论结果：在进行热处理过后，45#钢的硬度明显增强；而在进行冷却后，钢的硬度也趋于稳定。讨论：1、为什么淬火处理后的硬度值比正火处理后的高？答：因为淬火冷却速度比正火冷却速度快，由过冷奥氏体的连续冷却转变图像可知淬火后得到的是马氏体组织，而正火后得到的组织主要是珠光体。马氏体比珠光体晶粒度细晶界面多，使得晶体的位错滑移阻力增大，从而硬度提高。2、在相同的热处理状态下不同的材料成分对钢的硬度的影响？答：钢的硬度与钢的含碳量有关。30钢是亚共析钢，热处理后室温下的组织为铁素体和珠光体，而T10钢为过共析钢，热处理后室温下的组织为珠光体和渗碳体。渗碳体是脆硬相硬度比铁素体高，所以在相同的热处理状态下T10的硬度比30钢高。十、结论1、不同的热处理对材料的性能影响不同。2、不同材料成分的钢在相同的热处理状态下性能不同。3、将钢加热到Ac1以下（一般为600-650℃），保温一定时间，然后在空气中或炉中冷却即为消除应力退火，也称低温退火。消除应力退火主要用于去掉焊接结构的焊接残余应力。4、操作过程中涉及到高温处理，故操作人员需要特别小心，以免受伤。