钢的普通热处理实验

实验名称：钢的普通热处理实验实验类型：

一、实验目的和要求（必填）二、实验原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的

1.了解普通热处理的设备及操作方法。

2. 深入了解钢的成分、加热温度和冷却速度对淬火后钢性能的影响。

3.深入理解不同回火温度对钢的性能的影响。

二、实验基本原理

热处理是通过加热、保温、冷却的三个过程，是钢的内部组织发生变化，已获得所需要性能的一种加工工艺。由于加热温度、冷却速度和处理目的不同，钢的热处理种类很多，其中常见的热处理方法有淬火、回火、退火和正火等。

钢经热处理后的性能取决于处理后的组织，热处理后的组织又取决于钢的成分、加热温度和冷却速度。

钢的含碳量不同，其加热温度不同；不同的热处理方法，其加热温度也不同。经正常加热，并用不同的速度冷却后，钢的性能不同。因为冷却速度不同，所获得的组织不同。钢经正常淬火后，必须进行及时回火。因在淬火中急冷时长生较大的内应力，且淬火马氏体本身较脆，故不能直接使用。通过回火，一方面可以消除内应力而提高刚的人性，更重要的是通过不同温度回火，能使淬火组织发生改变从而获得不同的回火组织，已达到钢的预期性要求。

三、主要仪器设备与试样

1.加热炉与温度控制仪；

2.冷却水槽与油槽；

3.洛氏硬度计；

4.不同含碳量的碳钢和合金钢试样若干；

5.钳子、钩子、铁丝、砂皮纸等。

四、实验步骤

1.每人领取热处理试样一块。

2.在洛氏硬度计上测量式样的原始硬度值（根据硬度不同选用HRC和HRB）。

3.按照规定的加热温度和冷却方法进行热处理。步骤如下：

1)将试样放入预定温度的炉子中加热并保温。保温时间：碳钢按照1min/mm、合金钢按1.2min/mm

来计算；

2)当达到保温时间后，用钩子把试样从炉子中取出，并迅速放入规定的介质中冷却；

3)若是进行回火，则在规定温度的炉中保温20min后取出空冷；

4.测量经不同热处理后钢的硬度（测量前用砂皮纸清除试样表面的氧化层和脱碳层）；

5.把所有的实验数据记录于表中。

五、实验数据记录和处理

六、实验结果分析与讨论

(1)根据实验数据，分析不同碳钢经正常淬火后，钢的硬度与含碳量的关系，并说明其原因。

答：由淬火实验数据可知不同碳钢经正常淬火后，钢的硬度随碳含量的增加而增高。因为马氏体是碳或其他合金元素在体心正方体中的过饱和固溶体，因此它的硬度比较高，而且随着过饱和程度的增加，其硬度也会提高，所以经正常加热并大于临界冷却速度后，马氏体的硬度取决于碳含量。

(2)根据实验数据，分析同种钢在相同加热温度时，冷却速度对钢的硬度的影响，并说明其原因；同种钢在相同冷却速度下，不同加热温度对钢处理后硬度的影响，并说明其原因。

答：对于碳钢，同种钢在相同加热温度时，冷却速度越慢钢的硬度越高，因为冷却速度不同，所获得的组织不同；对于Gr12合金钢在空气中冷却就能获得淬火马氏体组织，钢的硬度与冷却速度关系不大。

同种钢在相同冷却速度下，加热温度不足时淬火后钢的硬度比加热温度足够时更低，因为加热温度过低，相变不能完全，加热后组织中存在未溶铁素体（其硬度较低）。

(3)画出回火温度与钢的硬度关系曲线，并指出不同回火温度下钢的组织。

答：回火温度与钢的硬度关系曲线如下图所示：

回火温度为200℃时，淬火组织中的淬火马氏体转变为回火马氏体，其他组成物不发生变化；回火温度为400℃时，淬火马氏体和残余奥氏体都分解为回火屈氏体组织；600℃时，为回火索氏体组织。

(4)分析合金钢热处理的特点及原因。

答：合金钢的加热温度一般比相同含碳量的碳钢高，一方面合金元素能提高Ac1的温度，另一方面合金元素扩散速度较慢，为促使合金元素溶入奥氏体中，需提高加热温度。

在相同冷却速度下，相同碳含量的合金钢比碳钢的硬度大，这是由于合金元素使C曲线右移的结果。有些合金钢甚至在空气中冷却就能获得淬火马氏体组织。

合金钢回火时，其硬度下降的趋势比碳钢慢，在相同回火温度下，合金钢的硬度比碳钢高。这是由于含有合金元素的淬火马氏体和残余奥氏体较稳定，要达到更高的温度时才能分解；另一方面合金钢中往往有合金碳化物或特殊碳化物存在，他们聚集长大的倾向较小。