机械制造实验报告钢的热处理

实验项目名称：钢的热处理
一、实验目的
1．了解钢的普通热处理(退火、正火、淬火、回火)的工艺方法与操作规程。

掌握各种成分的碳钢加热规范的选定原则。

2．研究碳钢或合金钢经淬火及回火后的硬度变化。

3．了解回火温度对淬火钢的组织与性能的影响。

4．了解各种热处理设备的结构与使用方法。

二、实验设备及材料
1、箱式电阻加热炉及控温仪表；淬火用的水槽及油槽；洛氏硬度计或布氏硬度计；
2、20Cr与40Cr。

（1）箱式电阻加热炉
图1 数显箱式电阻加热炉
一般实验室均采用箱式电阻加热炉作为热处理的加热设备，其大致构造如图2所示。

它主要由炉壳与炉芯两部分组成，炉壳与炉芯之间填有保温材料，以减少炉内热量的损失，炉芯一般由耐高温的Al2O3或SiC等耐火材料制成，炉芯壁内，分布着许多圆形电热丝孔3以供穿插电热丝用。

电热丝多用铁铬铝合金丝制成螺旋形。

当电源通过接线盒5使电热丝中通有电流时便产生电热效应，所发生的热量即可加热炉内的试样7。

为了避免取放试样时碰坏或磨损加热室2底部耐火材料，在加热室底部放置一块高强度耐火材料制成的炉底板6。

加热室的开口处用炉门9封闭。

炉门上有一小孔，供观察炉内温度与试样的加热情况用。

炉门下部有一挡铁，当炉门关闭时，挡铁触动控制开关8，使加热室内的电热丝中有电流通过；当炉门打开时，控制开关切断了电源控制电路，此时即闭合电源开关，电炉中的电热丝也不会有电流通过，从而保证了操作时的安全。

在加热室后壁开有一测温孔4，供插入热电偶用。

整个炉体用钢板包裹，并由支架支撑。

图2 箱式电阻炉结构示意图
1-隔热层；2-加热室；3-电热丝孔；4-测温孔；5-接线盒；
6-炉底板；7试样；8控制开关；9-炉门
三、实验原理及操作步骤
3.1实验原理
为了提高与改善金属材料的性能，使之更好的发挥钢铁制品性能上的潜力，以满足各种不同的性能要求，则可以通过热处理工艺来完成。

热处理过程包括三个主要步骤，即加热、保温与冷却（图3）
图3 热处理工艺曲线示意图
按热处理工艺不同，钢的热处理基本形式一般分为退为、正为、淬火、回火及表面处理等。

下图表示各种不同热处理操作的工艺曲线示意图：
3.2实验操作步骤
1．试样准备
热处理的试样一般制成Ф20×15mm左右，可直接选用Ф20mm的圆钢切割而成，然后将每个试样以不同材料或不同的热处理进行分别编号，并打上钢印。

2．试样装炉
按要求试样在装炉之前要先测试硬度，同时预先将电炉温度升到规定的温度。

当炉门打开时，应按顺序迅速将试样装入炉内，速度要快但不能混乱，否则炉温会下降过大，增加加热时间。

3．试样出炉与冷却
这是直接影响实验效果的关键，必须周密安排充分准备。

当炉门打开时，尽快地按顺序迅速将试样钳出并投入预定的冷却介质中冷却，并搅动试样，促使冷却均匀。

4．测量硬度
热处理过的试样冷却后，要用布擦拭干净再用砂布擦去氧化皮，然后测试硬度。

5．回火处理
按热处理内容规定，将淬火后的试样，分别装入指定温度的电炉内进行加热，由于回火的加热温度较低，加热保温的时间要相应长一些，然后取出空冷到室温。

磨去氧化皮再测试硬度。

四、实验报告
1．不同成分的试样采用相同的热处理工艺处理，各种试样所得硬度为什么不同？
答：因为含碳量不同。

2．同一种成分的试样，分别经过正火、淬火等处理，所得硬度为什么不同？
答：不同处理方法，有不同的温度、不同的冷却方法得到的试样内部结构不同，因此硬度不同。

3．钢加热奥氏体化后的冷却速度对其组织与性能的影响
4．绘出回火温度与硬度的关系曲线图，并联系组织，分析其性能变化的原因。

答：因为低温回火，形成回火马氏体硬度较高，中温回火形成铁素体，硬度不高，高温回火得到回火索氏体，硬度低。

6．合金钢的碳的质量分数对淬火后硬度的影响。