碳钢热处理实验

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

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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。 2

4.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。

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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：

原始硬度（单位：巴氏硬度）平均值（单位：

材料第一次第二次第三次巴氏硬度）

45#钢11.5 11.4 14.4 12.4 T10 18.3 21.5 24.1 21.3

表二：

4 在油中冷却 23.0 24.0 30.0 28.0 27.0 25.0 29.1 组别冷却方式处理后硬度平均值

1 在仪器中冷却 5.8 4.1 4.6 5.6 6.

2 4.9 5.2 2 在空气中冷却 17.2 17.9 19.5 18.6 19.4 19.5 18.6

3 在水中冷却 18.3 21.5 15.0 19.0 19.5 20.0 18.9 5 在水中冷却后回27.9 28.0 27.1 26.

4 25.8 26.

5 27.0 炉650℃

6 在水中冷却后回48.8 50.

7 52.5 44.1 48.1 46.1 48.4

炉200℃

2.8HRC)，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32.9，3

3.0，32.4，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。 4

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。