实验三 碳钢的热处理

实验三碳钢的热处理
一、实验目的
1. 了解碳素钢的基本热处理(退火、正火、淬火及回火)的工艺方法。

2. 研究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. 学会洛氏硬度计的使用。

二、实验设备和材料
设备：箱式电炉和控温仪表，洛氏硬度计，皮手套，夹钳，淬火矿物油，水，砂纸等。

材料：45号钢、T12 钢样若干。

三、热处理工艺及其设计
碳素钢普通热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。

加热温度、保温时间和冷却速度，是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。

（一）设计、制定热处理工艺规范
钢的热处理是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种热加工工艺，它的基本过程包括：将钢加热到选定温度，在该温度下保持一段时间，然后用选定的速度冷却。

由于工件的成份、形状、大小不同，所以应该选择不同的加热温度、保温时间和冷却速度。

热处理的工艺参数主要包括：加热温度、保温时间、冷却速度。

1．加热温度的选择
（1）退火：亚共析钢加热至Ac3+(20︒C～30︒C)(完全退火)；共析钢，过共析钢加热至Ac l+(20︒C～30︒C)(球化退火)，得到粒状渗碳体，硬度降低，以利切削加工。

由于退化时间较长，本次不做退火实验。

（2）正火：亚共析钢加热至Ac3+(30︒C～50︒C)；过共析钢加热至Accm+ (30︒C～50︒C)。

即加热到奥氏体单相区。

（3）淬火：亚共析钢加热至Ac3+(30︒C～50︒C)；共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30︒C～50︒C)。

（4）回火：碳素钢淬火后需尽快回火，按加热温度的不同，可分为三种：低温回火：加热温度150︒C～250︒C，目的是得到回火马氏体，降低淬火应力，减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。

用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等。

中温回火：加热温度350︒C～500︒C，目的是得到回火托氏体，较多地降低淬火应力，有高的韧性和弹性极限。

用于弹簧钢等热处理。

高温回火：加热温度500︒C～650︒C，目的是得到回火索氏体，消除淬火应
力。

强度、硬度、冲击韧度较好。

淬火加上高温回火又称调质，用于重要零件，如主轴，齿轮等。

本次试验试样的回火时间设定为20min。

2．保温时间的确定
为了保证工件内外均达到指定的温度，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，工件升温和保温所需的加热时间要给予保证。

保温的加热时间需考虑诸多因素，可参考有关手册数据。

空气介质炉中每毫米碳素钢需1min～1.5min；合金钢则需2min左右。

利用盐浴炉加热，时间可减半。

根据试样直径，本次实验45号钢样加热10min，T12钢加热18min。

3．冷却速度的影响
热处理时要充分注意不同的冷却方法，具体来说：退火一般采用随炉冷却；正火采用出炉置于空气中冷却，大件则常常还要加吹风。

淬火工艺则较复杂。

一方面要求工件冷却大于临界冷却速度，目的是得到全部马氏体组织或下贝氏体组织；另一方面又要求工件减缓冷却速度，避免淬火应力过大，造成开裂和变形。

通过不同的冷却速度可以了解到所形成的组织的力学性能—硬度的不同。

本次试验有空气、矿物油和水等冷却介质。

4. 实验方案设计
按照表3-1中的实验工艺进行试验。

表3-1 45钢和T12钢的热处理工艺
四、实验要求、实验步骤及注意事项
每9人一组。

每组有9种不同的热处理工艺，按照要求热处理完后测试各个试样的洛氏硬度。

实验前认真阅读实验指导书。

实验步骤如下：
（一）热处理试验
（1）制定好的热处理工艺规范要经教师检查无误后方可进行热处理操作。

（2）当炉温达到设计温度后(或从控温仪表上读出)，将工件装入炉内，保温时要注意控温仪表是否正常，发现问题及时报告教师。

（3）淬火冷却时，应迅速地将试样放入水或油中，并不停地搅动试样，注意不要将试样露出液面。

（4）需要回火的工件在淬火后要进行回火操作。

（5）所有试样用砂纸磨掉氧化皮，然后测定硬度值，同时将本次实验的全部硬度值记在实验报告上。

（二）洛氏硬度计的使用
（1）将试样放在工作台上，顺时针转动手轮，使压头压向试样表面；
（2）当显示屏出现箭头时放慢手轮转动速度，直至箭头自左向右充满屏幕；
（3）当听到提示音后设备自动加载测试，最后读出读数；
（4）逆时针转动手轮降下工作台，试样更换位置，打2-3次硬度，取其平均值。

注意：向炉中取放试样时一定戴上皮手套并把钳子擦干，不得沾有水和油。

开关炉门要迅速，打开时间不宜过长。

试样出炉时动作要快。

试样过程中一定要注意安全，防止烫伤。

五、实验报告要求：
1．明确本次实验目的。

2．分析加热温度与冷却速度对钢性能的影响。

3．绘制出45钢回火温度与硬度的关系曲线图。

4．分析实验中存在的问题。