热处理原理与工艺学实验指导书

热处理原理与工艺学实验指导书

张学萍高景龙

沈阳理工大学

二零一一年三月

目录

实验一钢的淬透性曲线测定 (3)

实验二钢的普通热处理工艺与显微组织观察 (6)

实验三钢的渗碳工艺与显微组织观察 (13)

前言

《热处理原理与工艺学》这门课的实验是该课的重要组成部分，是该理论课的基础，正确地掌握实验的理论和方法，对提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力有重要意义。

编写本实验指导书，是根据《热处理原理与工艺学》教学大纲及教材的有关内容、又根据我院设备、仪器实际情况编写的，这样与教材的内容相一致，便于安排实验教学。本实验指导书将部分单项实验改为综合实验，钢的普通热处理工艺与显微组织观察综合实验将多个知识点连在一起，不仅使学生建立比较完整的知识体系，还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。

本实验指导书适用于：金属材料专业

编者

2011年3月

实验一端淬法测量钢的淬透性曲线

一、实验目的

1、建立淬透性的概念，熟悉测定结构钢淬透性的方法。

2、了解淬透性及淬透性曲线在热处理工艺上的一些应用。

二、实验原理

所谓钢的淬透性，是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是钢材本身固有的一个属性。

淬透性的大小是用淬透层深度来表示的。从理论上讲，淬透性应以全部马氏体（或含少量残余奥氏体)组织的深度来定。但实际土，要用测硬度的办法来确定这一深度很困难。因为当马氏体组织中含有少量非马氏体组织时，在硬度值上并无明显变化。只有当钢中含有50％马氏体组织时，硬度才会发生明显变化，且在宏观腐蚀时，此区域又是白亮层与未硬化区的分界，容易确认。因此，在实践中人为地把工件表面到半马氏体组织的深度作为淬透层深度。半马氏体组织的硬度主要取决于钢的含碳量。图1-3表明了含碳量与半马氏体组织硬度的关系。

钢的淬透性的大小对其热处理后的机械性能有很大的影响，对合理选材及正确制定热处理工艺都是十分重要的。

影响钢的淬透性的因素很多，如钢的化学成分、奥氏体化温度及钢的原始组织等。

应当指出，钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念。淬硬性是指钢淬火后获得马氏体的最大硬度值，与钢的含碳量有关，含磷量高，淬硬性相应就好。

三、实验内容

淬透性的测定分为计算法和实验法两种。．

计算法是根据钢材的主要成分与奥氏体晶粒度，通过一系列对钢淬透性影响系数的连乘累积来估算钢的理想临界直径`Di。

实验法在国家标准中规定了常用的两个测定方法：

l、断口法

根据GB227-63《碳素工具钢淬透性实验》的规定，应在退火钢棒截面中部截取2~3个试样。方形试样尺寸为20×20mm。圆形为Φ22~23mm,长100±5mm。试样中间一侧开一个深度为3~5mm的V形槽，以便淬火后打断观察断口。试样分别在760ºC、800ºC、840ºC下加热15~20分钟后水冷。通过观察断口上脆断区的深度，对照相应的评级标准图来评定淬透性等级。

2、末端淬火法（也称端淬法）：

本实验只做末端淬透性实验。材料为45钢和40Cr。GB225-63中规定了试样的

形状和尺寸（见图2-1）。

将试样按热处理工艺规范进行加热并保温后，迅速从炉中取出，放在顶端淬火器上（见图2-1）。同时打开喷水阀门进行喷水，喷水时间不应少于10分钟，水温应保持在

10—30℃，自由水柱高度以65mm 为准。

淬火后将试样圆柱表面相对称的 两侧各磨去0.4mm 的深度，以得到 两个相互平行的平面。磨制过程中要 进行冷却，以免试样产生回火而影响 硬度的测量。

用洛氏硬度计从试样末端起每隔 1.5mm 测其硬度值。当硬度值下降趋 于平稳时，可每隔3rnm 测量一次。一 般约测到40—50mm 处。

根据实验测得的数据，绘制硬度 值（纵坐标）与水冷端距离（横坐标）

曲线，即钢的淬透性曲线，如图2-2所示。

由于材料的化学成分有一定的波动，硬度 图2-1 端淬试验原理图 值也在一定范围内变化，因此淬透性曲线通常为淬透性带。

至水冷端距离：mm 含碳量：％

图2-2 淬透性曲线 图 2-3 含碳量与半马氏体硬度的关系

钢的淬透性以“d

HRC

J

”表示。其中J 表示末端淬透性试验，d 表示距试样末端的距离，HRC 是指在距离d 处所测得的硬度值（即指该钢的半马氏体硬度)。末端淬

火实验测得的淬透性曲线并不能直接用来确定钢的临界直径。而临界直径又是衡量钢的淬透性的重要标准。为此，还需借助其它图表进行换算。

图2-4是圆棒700ºC时，在水中和油中淬火时，其截面不同位置与端淬距离的关系图。

根据实验测得的d值，再利用图2-4，查出钢的实际淬火临界直径D

。

临

四、实验设备及材料

设备：箱式电阻加热炉；端淬装置。

材料：45钢和40Cr钢制成的标准端淬试样若干个。

至水冷端局距离：mm

图2-4 圆棒在水中（ａ）及油中（b）淬火时，其截面不同位置处与端淬距离的关系

五、实验报告要求

1.认真填写实验内容、实验目的、实验仪器、设备及材料、实验原理及实验步骤；

2.按实验报告要求写实验结果（详见实验报告）；

3．认真回答分析讨论题（详见实验报告）。

六、实验成绩评定

按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习情况、实验过程中操作情况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。

实验二钢的普通热处理工艺与显微组织观察

一、实验目的

1. 了解碳钢的基本热处理操作方法；

2．了解含碳量、加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对碳钢热处理性能（硬度）的影响；

3．熟悉洛氏硬度计的使用；

4．观察碳钢经不同热处理后的基本组织，认识其形态及特征。

二、概述

（一）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。通常，工件的热处理工艺规范均采用温度与时间的坐标表示(见图1-1)。图1-1反映了钢件热处理加热温度的高低、加热和冷却速度的快慢、保温时间的长短。图1-2是φ5mm的亚共析钢完全退火工艺规范图，