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1、碳钢的热处理工艺及组织观察一、实验目的1、了解碳钢热处理操作。2、研究淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对 45 和 T12 钢的和性能（硬度）的影响。3、观察热处理后钢的组织。4、测试热处理前后试样的洛氏硬度。二、实验仪器与设备RX-12 箱式电阻炉、-3C 双目金相显微镜、HR-150A 洛氏硬度计。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 Ac33050，淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。如果加热温
2、度不足(Ac3) ，淬火组织中仍保留部分原始组织的铁素体，造成淬火硬度不足。过共析钢，适宜的淬火温度为 Acl 以上 3050，淬火后的组织为马氏体二次渗碳体(分布在马氏体基体内呈颗粒状) 。二次渗碳体的颗粒存在，会明显增高钢的耐磨性。而且加热温度较 Acm 为低，这样可以保证马氏体针叶较细，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
3、加热温度等。本实验用园形薄片试样，在马福电炉中加热，加热温度在 800900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，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能与尺寸稳定，所以回火时间要长些，不少于 1.52 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 0.51 小时。本实验淬火后的试样分别不同温度回火，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
4、不同，奥氏体在不同温度下发生转变，并得不同的转变产物。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，回火为空气中冷却。2、基本组织的金相特征碳钢退火、正火后可得到平衡组织，淬火后则得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 一曲线，而且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) 显微镜下才能分辩出片层状。（2）屈氏体：也是铁素体与片状渗碳体的机械混合物。片层分布比索氏体
5、更细密，在一般光学显微镜下无法分辩，只能看到黑色组织如墨菊状。当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。当析出量较多时，则呈大块黑色晶粒状。只有在电子显微镜下观察才能分辩其中的片层状。层片愈细，则塑性变形的抗力愈大，强度及硬度愈高，另一方面，塑性及韧性则有所下降。（3）贝氏体，从金相形状看，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。在上贝氏体中，渗碳体条间距决定于铁素体条的宽度，通常经珠光体的片间距大，且渗碳体的分布是断断续续的。上贝氏体
6、的强度较低，同时由于在铁素体条间存在着狭长的碳化物沉淀，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：是黑色针状，有一定取向，比淬火马氏体易腐蚀，极相似于回火马氏体。下贝氏体组织特征：针状铁素体内沉淀有碳化物，碳化物的取向与铁素体的长轴成5560 。(c)粒状贝氏体：在低中碳合金中，特别是连续冷却时 (如正火、热扎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。（4）马氏
7、体：所谓马氏体就是碳在 Fe 中的过饱和固溶体。马氏体组织形成按其碳含量的高低分为两种，即板条状马氏体和片状马氏体。(a)板条状马氏体：一般低碳钢和低碳合金钢淬火后得到板条状马氏体组织，其组织特征：尺寸大致相同的细马氏体定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。在领域与领域之间位向差较大，一颗原始的奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域。条状马氏体具有较低的硬度，好的韧性。(b)片状马氏体，含碳量较高的钢中淬火后马氏体呈片状( 针状、透镜状、竹叶状)存在。它区别于条状马氏体的主要特征是：条状马氏体中毗邻的一根根马氏体是平行的、长度大致相同的狭条：而在片状马氏体中片间不互相平行，在一个奥氏体晶粒内形
8、成的第一片马氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体片的大小受到限制。因此片状马氏体的大小不一，同时有些马氏体有一条中脊面，并在马氏体片周围有残留奥氏体存在。片状马氏体具有高的硬度，低的韧性。（5）回火马氏体：片状马氏体经低温回火(150250 )后，得到回火马氏体。它仍具有针状特征，由于有极小的碳化物析出使回火马氏体易受浸蚀，所以在光学显微镜下，颜色比淬火马氏体深。（6）回火屈氏体：淬火钢在中温回火(350500 )后，得到回火屈氏体组织。其金相特征是：原来条状或片状马氏体的形态仍基本保持，第二相析出在其上。回火屈氏体中的渗碳体颗粒很细小，以致在光学显微镜
9、下难以分辩，用电镜观察时发现渗碳体已明显长大。（7）回火索氏体：淬火钢在高温回火(500650 )回火后得到回火索氏体组织。它的金相特征是：铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体。碳钢调质后回火索氏体中的铁素体已成等轴状一般已没有针状形态。必须指出：回火屈氏体、回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物，它的渗碳体是颗粒状的，且均匀地分布在 相基体上；而屈氏体、索氏体是奥氏体过冷时直接形成，它的渗碳体是呈片层状。回火组织较淬火组织在相同硬度下具有较高的塑性及韧性。四、实验内容1、实验材料45 钢、T12 钢2、热处理工艺热 处 理 工 艺材 料 编 号加 热 温 度 / 冷 却 方 法 回 火 温 度 /1 860 炉 冷2 860 空 冷3 860 油 冷4 860 水 冷5 860 水 冷 2006 860 水 冷 400457 860 水 冷 6008 750 水 冷9 900 炉 冷10 900 空 冷11 900 水 冷12 780 水 冷T1213 780 水 冷 200五、实验结果分析及实验报告要求按下列要求完成实验报告。1）简述实验原理、实验内容、实验步骤。2）对比分析淬火前后试样的金相组织。3）对比分析淬火前后硬度值。4）对比分析回火前后硬度值。5）分析不同淬火温度对硬度的影响。6）根据所测得的试验数据，说明分析含碳量对碳钢的组织和性能的影响规律。
