20号钢热处理工艺实验一、 实验目的（1） 了解并掌握20号钢的热处理工艺、2） 掌握20号钢正火的步骤、规范以及硬度的变化3） 学会观察20-号钢正火示的显微组织结构，分析其性能变化的原因4） 学会解决实验过稈中的问题，探索最佳20号钢热处理工艺二、 材料及仪器：（1） 两个20号钢圆柱试样（2） 防水砂纸若干（3） 抛光机一台（4） 金相显微镜一台（5） 布氏硬度试验机（6） 箱式电阻炉三、 实验原理及主要工艺：1、 20号钢的特性（1） 该钢属于优质低碳碳索钢，冷挤压、渗碳淬硬钢该钢强度低，韧性、犁性和焊接性均好抗拉强度为253-500MPa,伸长率＞24%0（2） 供货状态及硬度 未热处理态，硬度W156IIBS3） 标准JB/T 6057-92钢的化学成分（质量分数，%） C 0. 17~0.23、Si 0. 17~0. 37、Mn 0. 35~0. 65、PW0.035、SWO. 035、NiWO. 30、CrWO. 25、 CuWO. 25o（4） 20号钢（GB/T699）类别属于低碳钢，低碳钢正火后可得到较细的片状珠 光体，由于所得铁素体晶粒较细，钢的韧性较好，保证较好的力学性能组 合，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经 济的。
2、 正火正火，又称常化，是将工件加热至AC3（AC3是指加热时白由铁素体全部转变为奥氏 体的终了温度）或AcmfAcm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线）以上 30-50C,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 处理工艺其目的是获得一定的硬度、细化晶粒，并获得比较均匀的组织和性能低碳钢正火的目的Z —是为了提高切削性能但是对有些碳的质量分数低于 0.20%的钢，即使按通常正火温度正火后，自由铁素体量仍过多，换度过低，切削性 能仍然较差为了适当提高硬度，应提高加热温度（可比AC3高100C）,以增大过冷 奥氏体的稳定性，而且应该增大冷却速度，以获得较细的珠光体和分散度较大的铁素 体3、 主要工艺工件规格:d20x9具体工艺流程：910C,到温入炉，保温时间30min,空冷 欲得组织：以分散度较高的的铁索体为基体+片状珠光体 预期效果：取得较为显著的硬度提高以及较好的综合性能四、 实验步骤：（1）对切样进行粗磨（2 ）在布氏硬度机上测量典中一个切样的表面硬度（3） 第一次记录硬度大小，采集三次数据4） 预热炉温至910C（5） 将两个切样放入保温炉中，保温时间30min（6） 空冷至室温（7） 再进行粗磨去除氧化铁皮（8） 精磨获得抛光表面（9） 将其中一个表面次光滑的切样进行二次硬度测试，采集三次数据（10） 将剩下的切样进行侵蚀，采川4%的硝酸酒精溶液腐蚀抛光表面，当切样抛光面呈灰 色就立即用清水清除残酸，插上酒精棉，用吹风机吹干（11） 在先问经商观察，并在不同倍数的条件下摄像五、实验不更度数据分析通过布氏硬度计对20号钢在正火处理前后的硬度分别进行测量，得到结果：表一处理前20号钢的硬度测量测量次数n123平均值压痕直径d/mm4.584.624.64.6硬度/HB172169170170表二 处理丿不20号钢的驶度测量测量次数n123平均值压痕直径d/mm4.34.234.264.26硬度/HB197202200200测量前示对照的数据显示20钢的硬度提高了 17.3%。
由于米丿IJ了高于100左右的加热 温度，增大了奥氏体的稳定性，而且以空冷的形式，增大了过冷速度，可能在组织上出现较 细的片状珠光体，且分散度较高的铁素体由于片状珠光体的表面能较大，片间距较小，对 基体的切割作用较强，碳化物在力学上驶度远高于基体，所以综合这儿点，推动了切样的表面硬度性能的提高六、金相图谱及其分析:图二正火后20号钢显微金相组织（562.5倍）图三正火后20号钢显微金相组织（900）由正火后的金相显微组织可以发现，正火处理后，20号钢样品的组织桀体上细小均匀, 在铁素体基体上分布肴大最细小的片状珠光体，但有部分粗大组织，这是由于正火温度过高、 保温时间过长、冷却过慢或原始组织很粗人造成正火后组织粗大组织中先共析铁索体校少, 珠光体数量较多，珠光体片间距较小而且正火后纟R织中出现铁素体或渗碳体近似平行，呈羽毛状或三角形，其间存在着珠光 体的魏氏组织魏氏组织容易出现在过热钢中，因此，奥氏体晶粒越粗大，越容易出现魏氏 组织钢由高温较快地冷却下來往往容易出现魏氏组织，慢冷则不易出现这魏氏组织的出 现在导致便度一定程度的下降七、实验总结在亚共析钢或过共析钢中，由高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或渗碳体从奥 氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶面向晶内生长，呈针状析出。
在光学显微镜下可以观察到从 奥氏体晶界上生长出来的铁素体或渗碳体近似平行，呈羽毛状或三角形，其间存在看珠光体 的组织这种组织称为魏氏组织实际生产中遇到的魏氏组织大多是铁素体魏氏纽•织•魏氏 组织常伴随着奥氏体晶粒粗大而出现，因此，使钢的力学性能尤其是教性和冲击韧性显著降 低，同时使脆性转折温度升高魏氏纟R织容易出现在过热钢中，因此，奥氏体晶粒越粗大, 越容易出现魏氏组织钢由高温校快地冷却下来往往容易出现魏氏组织，慢冷则不易出现 钢中的魏氏组织一般可通过细化晶粒的正火、退火以及锻造等方法加以消除，稈度严重的可 采用二次正火方法加以消除。