《金属材料及热处理实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料及热处理实验报告（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、金属材料及热处理实验报告学院：高等工程师学院专业班级：冶金E111姓名：杨泽荣学 号:2014年6月7日45号钢30(rc回火后的组织观察及洛氏硬度测定目录一、实验目的二、实验原理1. 加热温度的选择2. 保温时间的确定3. 冷却方法三、实验材料与设备1实验材料2. 实验设备四、实验步骤I1. 试样的热处理淬火回火2. 试样硬度测定3. 显微组织观察与拍照记录样品的制备显徽组织的观察与记录五、实验结果与分析1 .样品硬度与显微组织分析2. 淬火温度、淬火介质对钢组织和性能的影响淬火温度的影响淬火介质的影响3回火温度对钢组织与性能的影响回火温度对45钢组织的影响回火温度对45钢硬度和强度的影响4
2、合金元素对钢的淬透性、回火稳定性的影响合金元素对钢的淬透性的影响合金元素对钢的回火稳定性的影响5碳含量对钢的淬硬性的影响六、结论参考文献实验目的1. 掌握碳钢的常用热处理（淬火及回火）工艺及其应用。2. 研究加热条件、保温时间、冷却条件与钢性能的关系。3. 分析淬火及回火温度对钢性能的影响。4. 观察钢经热处理后的组织，熟悉碳钢经不同热处理后的显微组织及形态特征。5. 了解金相照相的摄影方法，培养学生独立分析问题和解决问題的能力。二、实验原理钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要 的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。一般热处理的基本操作有退火、
3、正火、淬火、回火等。进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。正确选择这三者 的规范，是热处理成功的基本保证。1. 加热温度的选择1）退火加热温度一般亚共析钢加热至Ac3+（20-30）C （完全退火）；共析钢和过共析钢加热 至Acl +（20-30） C （球化退火），目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善高碳钢的切削性能。2）正火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3 +（30-50） C；过共析钢加热至Accm +（3050）乜， 即加热到奥氏体单相区。退火和正火的加热温度范围选择见图。3）淬火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3+（3050）。（2；共析钢和过共析钢
4、加热至Ac 1 + （30- 50）r,见图。钢的成分，原始组织及加热速度等皆影响到临界点的位置。在各种热处理手册或材料手册中，都 可以查到各种钢的热处理温度。热处理时不能任意提高加热温度，因为加热温度过高时，晶粒容易长 大，氧化、脱碳和变形等都会变得比较严重。各种常用钢的工艺规范见表。4）回火温度的选择钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能（常常是根 据硬度的要求）。按加热温度高低回火可分为三类：图淬火的加热温度范围图退火和正火的加热温度范围表常用钢的工艺规范钢号临界点C退火正火淬火Ac3Accm加热温 度。c冷却方式加热温度弋冷却方式加热温 度。C冷却方式357248028
5、50-880炉冷850-890空冷850-890水或盐水45724780820-840炉冷830-880空冷820-850水或盐水T7-T12750-770 :-780-800水或油T8A730730740-760760-780空冷750-780水、硝盐、 碱浴T10A730800800750-770旷800-850空冷760-790水.硝盐. 碱浴T12A730820820750-770-?850-870空冷760-790水、硝盐、 碱浴a.低温回火 在150-250X：的回火称为低温回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC60。 其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。低温回
6、火常用于高碳钢的切削刀具、量具 和滚动轴承件。b. 中温回火 在350-500X：的回火称为中温回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40- 48。其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。主要用于含碳一%的弹簧钢热处理。c. 高温回火 在500-650C的回火称高温回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC25350 其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好冲击韧性的综合机械性能。所以把淬火后经高温回火的 处理称为调质处理，用于中碳结构钢。2. 保温时间的确定为了使工件内外各部分温度约达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀 化，必须在淬火加热温度下保温一定的时间。通常
7、将工件升温和保温所需时间算在一起，统称为加热 时间。热处理加热时间必须考虑许多因素，例如工件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时 炉子温度、钢的成分和原始组织，热处理的要求和目的等等。1）退火、正火保温时间 实际工作中多根据经验大致估算加热时间。一般规定，在空气介质 中，升到规定温度后的保温时间，对碳钢来说，按工件厚度或直径每亳米需一分钟到一分半钟估算；合 金钢按每亳米二分钟估算。在盐浴炉中，保温时间则可缩短12倍。2）淬火加热保温时间按下列经验公式估算：式中 t保温时间（min）；a加热系数（min/mm）（见表）；K工件装炉方式修正系数（一般K = 1）；H工件有效厚度（nun）（
8、尺寸最小部位）。表加热系数a （min/mm）加热温度材料750C900C 盐浴加热 或预热800C900C 箱式或井 式炉加热110021300C 高温盐浴 炉加热碳钢直径500mm直径500mm合金钢直径50mm直径50mm高合金钢r高速钢3）回火时间回火时间一般从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算。回火时间一般为广3h,可参考经验公式加以确定：式中 t回火保温时间（min）；D-工件有效厚度（mm）；b附加时间，一般为10、20min；a-加热系数（箱式电炉取2mm）03. 冷却方法热处理时的冷却方式要适当，才能获得所要求的组织和性能。退火一般采用随炉冷却。正火（常化）采用空气冷却，大
9、件可采用吹风冷却。淬火冷却方法非常重要，一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证全部得到马氏体组织；另 一方面冷却应尽量缓慢，以减少内应力，避免变形和开裂。为了解决上述矛盾，可以采用不同的冷却介 质和方法，使淬火工件在奧氏体最不稳定的温度范围内（650-550C）快冷，超过临界冷却速度，而在 Ms （300-100C）点以下温度时冷却较慢，理想的冷却速度如图所示。常用淬火方法有单液淬火、双液淬火（先水冷后油冷）、分级淬火、等温淬火，如图所示。表中列 出了几种常用淬火介质的冷却能力。图淬火时的理想冷却曲线示意图图各种淬火冷却曲线示意图表几种常用淬火剂的冷却能力冷却介质冷却速度乜/s冷却介质冷却速
10、度。C/s650550P 区间300200X：区间650550C 区间300200X：区间水(18X2)60027010%NaCl水溶液1100300水(26X2)50027010%NaOH水溶液1200300水(50C)10027010%a2C03水溶液800270水（7/C）3020010%Na2S0,水溶液750300肥皇水30200矿物油1503010%油水乳化液70200变压器油12025三、实验材料与设备1. 实验材料试样：直径4）15mm,高度15nun的45钢圆柱状小试样，化学成分见表CSiMnCrNispCu不大于ww表3. 145钢化学成分表2. 实验设备1）热处理加热炉：
11、箱式电阻炉（1300） 2台，箱型电阻炉（W90（TC） 5台；2）HR-1500洛式硬度计（洛氏硬度C标尺）；3）金相显微镜及数码照相系统磨光机及金相砂纸；4）抛光机及抛光液；5）浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、竹夹子、脱脂棉、滤纸等；四、实验步骤利用箱式电阻炉、洛式硬度计、金相显微镜对45钢样品进行热处理（淬火加300C回火）、测硬度 以及显微组织观察分析。本实验以得到马氏体为目标，需要经过淬火加回火工艺获得良好的性能及符 合要求的组织。1 试样的热处理1.1淬火1）加热温度根据本实验热处理的目的和图、表，本实验选择淬火加热温度为86（rc2）保温时间本45号钢样品直径为bl5mm的小圆柱体，高度
12、与直径相差不大。所以不单独考虑升温时间，a取2min/mm,k取1。根据实验原理中的式子t = a K计算得加热时间为30min。3）冷却介质 由45钢的连续冷却转变曲线可知，碳钢的临界冷却速度很大，应选用具有较强 冷却能力（见）的水作为冷却介质，才能避免冷却曲线与C曲线相交，得到马氏体组织。已查得45钢 淬火临界直径如表所示，选择水作为淬火冷却介质能保证4H5mm圆柱样品被淬透。淬火介质静油2（rc 水40水20cC 5%NqC1 水溶液临界直径（mm）102016表常用冷却介质的冷却直径具体操作：把样品放入箱式电阻炉（型号SRJX-4-13）内恒温区的耐火砖上，调节加热温度，待测 温仪显示
13、为860C时开始计时，保温30min后，用火钳夹出样品迅速放入冷水槽中并剧烈搅拌，使样品 能淬透。1.2 回火1）加热温度实验要求的回火加热温度为30CTC （但是通过查阅资料发现，钢淬火后在300r左右回火时，易产生不可逆回火脆性，为避免它，一般不在25035CTC范围内回火。）2）保温时间 由公式t =（xD + b确定，查得300X：以下，箱式电阻炉b=25min, a =1 min/mm, 样品D=15mm,将数据代入得到回火保温时间t为40min。3）冷却介质 空气，进行空冷。具体操作：把经过淬火处理后的样品放入已调好温度的30（rc箱式电阻炉内恒温区的耐火砖上，待 使炉温稳定后开始
14、计时，保隘40min后，用火钳夹出样品敖在已准备好的耐火架上空冷至室温。2 试样硬度测定将冷却至接近室温的试样在砂轮机上打磨，去掉表面氧化皮。用60#砂纸将试样表面磨平，再依 次使用150丸240#、400#、600#、800廿砂纸打磨。然后，将样品放在洛式硬度计的载物台上，采用洛 式硬度C标尺测量样品硬度（硬度计压头为金刚石，量程2070HRC,加载载荷为150kg）。在试样上 不同位置取四个点，第一个点不计入数据，后三个点计入数据，若三个点硬度值相差不大说明组织较 为均匀，最后对三个测量值求平均值。3 显微组织观察与拍照记录3.1样品的制备1）样品的磨光。用一套金相砂纸（包括60#, 150#, 240#, 400#, 600#, 800#）在玻璃板上先粗 后细逐号磨光。注意每换上一
