钢的热处理后的组织观察与分析实验报告

钢的热处理后的组织观察与分析实验报告

钢的热处理后的组织观察与分析实验报告

一、实验目的

1、观察热处理后钢的组织及其变化；

2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对

碳钢性能的影响

二、实验原理

（一）钢的热处理工艺

钢的热处理就是通过加热、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加工工艺。

淬火、回火是钢件的重要热处理工艺。所谓淬火就是将钢件加热到 Ac 或 Ac1 以上，保温后放入放入各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理操作。

（1）淬火加热温度：根据Fe—Fe3C相图确定，如图 1 所示。对亚共析钢，其加热温度为 Ac3 十30~50℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。

如果加热温度不足( 如低于Ac3) ，则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足。对于共析钢、过共析钢其加热温度为 Ac1＋30～50℃，淬

火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬度和耐磨

性。过高的加热温度( 如高于Acm)，会因得到粗大的马氏体，过多的残余A 而导致硬度和耐磨性的下降，脆性增。

（2）回火温度：回火温度决定于要求的组织及

性能。按加热温度不同，回火可分为三类：

低温回火：在 150～250℃回火，所得组织为回火马氏体。硬度约为 HRC57～60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬

度。一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗

碳和氰化件。

中温回火：在 350~5000C回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为 HRC40~48，其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。因此它主

要用于各种弹簧及热锻模。

高温回火：在 500～650~；回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为 HRC25~35。其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合机械性能，常把淬火后经高温回火的处理称力调质处理，因此一般用于各种重要零件，如柴油机连扦螺栓，汽车半轴以及机床主轴等。

2、保温时间的确定

为了使钢件内外各部分温度均匀一致，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，就必须在淬火加热温度下保温一定时间。通常将钢件升温和保温所需的时间计算在一起，称为加热时间。

3、冷却速度的影响

冷却是淬火的关键工序，一方面冷却速度耍大于临界冷却速度，以保证得到马氏体，另一方面又希望冷却速度不要太大，，以减小内应力，避免变形和开裂，为

此，根据 c 曲线考虑，淬火工件必须在过冷奥氏体最不稳定温度范围 (650~550 ℃) 进行快冷，以超过临界冷却速度，而在 Ms(300～200℃ ) 点以下，尽可能慢冷以减

少内应力。为保证淬火质量，应适当选用淬火介质和淬火方法。

三、实验设备和材料

（1）数码显微镜、图像采集系统、预磨机、抛

光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；

（2）金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；

（3）热处理试样一套。

三、实验内容

各样品钢经过不同的热处理工艺后，在硝酸酒

精溶液的腐蚀后，在显微镜下观察其组织。

珠光铁素索氏铁素℃

1 、45 钢 860 ℃炉冷X400 倍2、45 钢

860 ℃空冷X200

屈氏马氏回火索氏

3 、45 钢 860 ℃油冷X400

4 、4

5 钢 860 ℃水冷

+600℃回火X200

板条马马氏铁素

5 、45 钢 860 ℃水冷X400

6 、45钢750℃水冷

X400

回火残余粒状铁素球状渗

7 、 T12 水冷 + 低温回火X400

高碳马高碳马屈氏

9 、 T12 1100℃水冷X40010 、 T12 1100℃ 油冷X400

铁素珠光

马氏

铁素

11 、 20#910℃空冷X40012 、 20#910℃ 盐水冷

X400

铁素珠光

上贝氏体

13 、 20CrMo空冷X40014 、65Mn等温淬火X400

下贝氏体

15、65Mn 等温淬火

X400

四、思考题

1、45 钢淬火后硬度不足，如何用金相分析来断

定是淬火加热温度不足还是冷却速度不够？

答：根据马氏体组织级别来判断，等级高说明

温度不足，等级低说明速度不够。

2、45 钢调制处理得到组织和 T12 球化得到的组织在本质、形态、性能和用途上有何差异？

答：45# 钢调质得到的组织为回火索氏体既铁素

体基体上分布着颗粒状碳化物。

回火索氏体综合机械性能最好，强度，塑性，韧

性和硬度都较好，适合做机械构件。

T12 球化退火后得到的组织为铁素体基体上分

布着细小均匀的球状渗碳体。

硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。这种方法适用于共析钢和过共析钢这些不易加工的组织。

3、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明

回火后所的组织：

（1） 45 钢的小轴；

淬火后进行调质处理， 550 ～650℃高温回火后获得回火索氏体组织

（2）60 钢的弹簧；

淬火后一般中温回火， 350～450℃回火后获得回火索氏体组织

（3）T12 钢的锉刀

淬火后低温回火，150～250 回火后获得回火马氏体组织