碳钢热处理实验

碳钢热处理实验报告

专业:

班级:

组别:

组员名单：

XX大学机电工程系

指导老师：

20XX年X月

碳钢的热处理实验

一．实验目的

（1）了解碳钢热处理工艺操作。

（2）学会使用马氏体测量材料的硬度性能值。

（3）探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对40钢和T12钢的组织和性能的影响。

（4）巩固课堂教学所学相关知识，体会材料的成分—工艺—组织性能之间关系。

二、概述

热处理是一种很重要的热加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。

热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一系列变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。

钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。

三．实验原理

(1)钢的热处理

1.钢的退火：

钢的退火指将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却的过程。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。

2.钢的正火:

正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Acm以上40~60℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。

3.钢的淬火：

所谓淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1(过共析钢)以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（ V冷应大于V临），以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。

为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、

保温时间和冷却速度。

4.钢的退火：

退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

(2)洛氏硬度计的测量原理：

洛氏硬度计是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。在规定条件下，将洛氏硬度计压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h。以压痕残余深度ｈ代表硬度的高低。洛氏硬度试验原理如图所示：

四．实验设备及其材料

（1）箱式电炉及温控仪表

（2）洛氏硬度计

（3）冷却剂：水和油

（4）试样：45#钢

五．实验内容

（1）测量原材料的硬度。

（2）进行45#钢的淬火实验。

（3）对45#钢加热到800度后空冷到常温。

（4）用洛氏硬度计测量试样热处理试验前后的硬度。

（5）记录实验数据。

六．热处理工艺参数的确定

（1）加热温度的确定。

淬火温度取决于钢的临界点。

亚共析钢，适宜的淬火温度为Ac3以上30℃～５０℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。如果加热温度小于Ａｃ３，淬火组织中仍保留一部分原始组

织的铁素体，会造成淬火硬度不足。

过共析钢，适宜的淬火温度为Ａｃ1以上30℃~50℃，淬火后的组织为马氏体和二次渗碳体。

（2）加热温度和保温时间的确定

加热`保温的目的是为了使零件内外达到所要求的加热温度，完成应有的组织转变。其时间主要取决零件的尺寸`形状`钢的成分`原始组织状态`加热介质`零件的装炉方式以及加热温度等。

本试验中用圆柱形短试样，在马福电炉中加热，加热温度在如表1所示，安直径每毫米大约以分钟计算。如D=12mm,加热时间约为t=11min。

（3）冷却介质与方法

与冷却介质适应是最终获得组织与性能的重要工艺因素，淬火介质主要根据所要求的组织和性能来确定。常用介质有水`盐水`油`空气等。

七．实验流程、成员原始数据记录及分析。

1．实验流程：

a按组领取式样，绑好铁丝环。

b练习测定式样处理前硬度。

c规定条件进行热处理，注意操作安全。

d样处理后，用砂纸抹去氧化皮，擦净，然后在洛氏硬度计上测硬度值。

e记录数据。

2，实验数据:

表一：试样原始硬度：

硬度测试，其值分别为32.9，33.0，32.4，单位为HRC，然后在显微镜观察并获取图像。

45#钢正火温度为800度。保温一段时间（8分钟），45#的组织转变为奥氏体+二次渗碳体，保温后放入空气中冷却，可以形成索氏体和托氏体，这样可以细

化组织，适当提高硬度和强度。

八、注意事项

1．本实验加热都为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。

2．往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长。

3．试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。4．试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点。5．淬火时水温应保持20~30℃左右，水温过高要及时换水。

6．退火、正火、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨，去掉氧化皮后再测定硬度值。

九．结果及讨论

结果：在进行热处理过后，45#钢的硬度明显增强；而在进行冷却后，钢的硬度也趋于稳定。

讨论：1、为什么淬火处理后的硬度值比正火处理后的高？

答：因为淬火冷却速度比正火冷却速度快，由过冷奥氏体的连续冷却转变图像可知淬火后得到的是马氏体组织，而正火后得到的组织主要是珠光体。马氏体比珠光体晶粒度细晶界面多，使得晶体的位错滑移阻力增大，从而硬度提高。

2、在相同的热处理状态下不同的材料成分对钢的硬度的影响？

答：钢的硬度与钢的含碳量有关。30钢是亚共析钢，热处理后室温下的组织为铁素体和珠光体，而T10钢为过共析钢，热处理后室温下的组织为珠光体和渗碳体。渗碳体是脆硬相硬度比铁素体高，所以在相同的热处理状态下T10的硬度比30钢高。

十、结论

1、不同的热处理对材料的性能影响不同。

2、不同材料成分的钢在相同的热处理状态下性能不同。

3、将钢加热到Ac1以下（一般为600-650℃），保温一定时间，然后在空气中或炉中冷却即为消除应力退火，也称低温退火。消除应力退火主要用于去掉焊接结构的焊接残余应力。

4、操作过程中涉及到高温处理，故操作人员需要特别小心，以免受伤。