碳钢热处理及性能分析

实验五碳钢热处理及性能分析

清华大学金工教研室

一、实验目的

1．了解热处理的基本操作过程。

2．了解热处理后碳钢的性能特点。

3．了解硬度计的正确使用。

二、实验内容

1．对45钢试件进行正火、淬火（水淬和油淬）、回火（低温和高温回火）等项热处理操作。

2．测定45钢试件退火、正火、淬火和不同温度下回火后的硬度值。

三、实验设备及使用

SRJX—4—9箱式电阻炉3台，洛氏硬度计4台。

硬度的测量

硬度是金属材料力学性能的主要指标之一，常用的测量方法是压入法，包括布氏、洛氏、维氏硬度等。硬度测量设备简单、操作方便，并可近似反映材料的其它力学性能，所以硬度测量成为工业中不可缺少的力学性能试验方法之一。本试验采用最广泛的洛氏硬度测量法。

1．洛氏硬度的测量原理

洛氏硬度的测量原理是用金钢石圆锥体或硬钢球做压头，在一定负荷作用下压入试样表面，以有面的压痕深度来表示材料的硬度，如图5-1所示。

负荷分两次加，先加预负荷P1，后加主负荷P2，总负荷为P=P1+P2。图5-1中：

图5-1 洛氏硬度试验原理图

0-0 压头没接触试样的位置。

1-1 压头施加预负荷P1后压入试样的位置，压痕深夜为h0。此时压头和试样接触良好，做为测量的起点。

2-2 压头施加总负荷P后压入的位置，试样表面的变形包括塑性变形和弹性变形。

3-3 卸除主负荷P2后，试样由于弹性变形的恢复而使压头略提高后的位置，压痕深度为h1。此时由于主负荷作用压头实际压入的深度h=h1-h0（mm），用来

表示被测材料的硬度。

为适应数值越大硬度越高的习惯，引入一常数K ，并规定压入深度每0.002mm 为一个洛氏硬度单位。则洛氏硬度公式为：

对HRA 和HRC ，K=0.2mm;对HRB ，K=0.26mm 。HR 值为一个无名数。 在一种硬度计上可采用不同的压头和总负荷，组成几种不同的洛氏硬度标尺，如HRA ，HRB ，HRC 等，以测定从软到硬的不同金属材料的硬度，其试验

度（HV ）相对比较。

2．洛氏硬度计的构造简图见图5-2。

图5-2 洛氏硬度计构造简图

洛氏硬度的测量过程如下：

①试样去除氧化皮并磨平擦净后放在工作台上，顺时针动手轮，使工作台上升至度样与压头接触为止。

②加预负荷。继续上升工作台，直到表盘上短针由黑点位置转至红点位置。

③调零点。使表盘上长针对准B —C 刻度线。

④加主负荷。加荷手柄板至加荷位置，并停留10s 。

⑤卸主负荷、读数。加荷手柄板回到卸荷位置，读出硬度值。然后下降载物合，取下试样。

四、钢的热处理简介

钢的热处理是通过钢在固态下的加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织，0.002

h K HR -=

从而获得所要求性能的一种工艺方法。加热温度、保温时间和冷却方式是热处理的三个基本环节，正确选择三者的参数是保证热处理成功的关键。本实验用试样的材料为45钢；其热处理规范如下：

1．加热温度

退火、正火、淬火的加热温度均为820-840℃。

回火加热温度：低温回火为180-200℃，中温回火为380-400℃，高温回火为540-560℃。

2．保温时间

根据试样的厚度来确定。在空气介质中加热时，碳钢的保温时间一般按试样厚度每毫米需1∽1.5分钟估算，合金钢按每毫米需2分钟估处。

3．冷却方式7

退火一般随炉冷却。正火在空气中冷却。淬火时，要根据材料等情况来选用不同的淬火介质，碳钢常采用水中冷却，合金钢常采用油中冷却。

五、实验步骤

1．将4块45钢试件放入箱式电阻炉中，加热到820∽840℃后保温规定时间（根据试件厚度确定）。

2．将试件取出，一块放在空气中冷却，一块放入油中淬火，二块放入水中淬火（退火试件随炉冷却，因时间较长，已提前做好）。并在洛氏硬度计上测量其硬度值，填入纪录表格。每块试样测量三次，以其平均值作为测量结果。各被测点间的距离不能小于2mm。

3．再将二块水淬试件分别加热至180℃和530℃，保温规定时间后取出空冷。并再测量其洛氏硬度值，填入纪录表格。

思考题

1．同是一种钢（如45钢），经不同热处理之后，其力学性能为什么不一样？影响钢材性能的因素有哪些？

2．退火和正火用在什么场合？

3．淬火+低温回火用在什么场合？淬火+高温回火用在什么场合？

碳钢热处理及性能分析实验报告

班级学号姓名

一、实验目的

三、实验结果分析

（分析实验结果，可以从中得出什么结论，如比较不同冷却方式和不同回火温度对硬度的影响等）