钢的热处理操作及硬度测试实验

钢的热处理操作和硬度测试实验

1、实验目的：

1、熟悉钢的几种基本的热处理操作（退火、正火、淬火、回火）

2、了解加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对45钢热处理后

性能（硬度）的影响

3、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响

2、实验原理：

1、钢的热处理是指将钢在固态范围内加热、保温和冷却，以改变其

内部组织，从而获得所需要的使用性能和工艺性能的一种操作工艺。

2、退火：加热温度——亚共析钢加热至Ac3+(20-30)°C（完全退

火），共析钢和过共析钢加热至Ac1+(20-30)°C（球化退火）；冷却方式——炉冷；得到组织——接近平衡状态的珠光体组织。3、正火：加热温度——亚共析钢加热至Ac3+(30-50)°C，共析钢加热

至Ac1+(30-50)°C，过共析钢加热至Accm+(30-50)°C，即加热到奥氏体单相区；冷却方式——空冷；得到组织——细片状珠光体，即索氏体（冷却速度慢不会有马氏体，看双C曲线，空冷经过珠光体区，转变完全，不能发生贝氏体转变）。

4、淬火：亚共析钢加热至Ac3+(30-50)°C，共析钢和过共析钢加热至

Ac1+(30-50)°C；冷却方式——水冷，以大于淬火临界冷却速度快冷；得到组织——马氏体及残余奥氏体。

5、回火：淬火后的钢重新加热到Ac1以下某一温度，保温，冷却到

室温。45钢低温回火——150°C -250°C （选200°C），组织回火马氏体，硬度约54-60HRC；中温回火——350°C -500°C （选400°C），组织回火屈氏体，硬度约40-48HRC；高温回火——

500°C -650°C （选600°C），组织回火索氏体，硬度约25-35HRC。冷却方式——空冷到50、60°C后用水冲一下。

碳钢在退火及正火状态下的机械性能

性能热处理状

态含碳量（%）

<0.10.2-0.30.4-0.6

硬度（HB）退火~120150~160180~230正火130~140160~180220~250

6、20钢Ac1-735°C，Ac3-855°C，45钢Ac1-724°C，Ac3-780°C，T10

Ac1-730°C，Accm-800°C，T12 Ac1-730°C，Accm-820°C。

3、实验材料准备及参数选择

1、45、T10试件。每种各7块。

2、箱式电阻炉，1#750°C，2#860°C，3#600°C（备用），8#200°C，

9#400°C，10#600°C，下午做实验，上午下班前将炉子升温准备好（打开总电源，对应电阻炉号的电源，各自炉子的电源在控制器后面）。（5#炉子，最高温度1600°C，加热元件为钼棒，钼棒在800°C以下容易氧化，所以该炉子一般在800°C以上使用。其它炉子一般在1000°C以下使用）

3、洛氏硬度计

4、淬火水槽，一块抹布

5、钳子，夹试件用

4、实验步骤及安全事项

1、全班分成两个组，每组45钢样品6块，T12样品6块，不用打磨。

解释下油冷的因为太脏不做了，炉冷的试件冷却时间较长，约24小时，所以学生不做，老师事先准备出来，学生直接打硬度。

2、讲加热设备，箱式电阻炉及其设备控制器的使用：打开控制器电

源，在控制器的后面；按钮打到左侧，调节升温温度，按钮打到中间，测量炉内温度，按钮打到右侧，设置报警温度；打开工作开关，加热，加热时不要调节温度。电阻炉炉门下有个安全开

关，打开炉门自动断电，观察设备控制器，电流为0。

3、安全操作重点一：如何开炉门，双手提起门把手，炉门外部要始

终对着自己（炉门内部是炉膛，防止高温烫伤），平行移动，终止位置约150度（不能呈180度的原因是，炉门开后，防止加热的炉膛与旁边的设备控制器接触）。

4、取、放试件时，炉子要先断电。放置试件：炉膛外侧温度不均

匀，试件要尽量往里面放，放置时不要扔，防止损伤炉膛，另

外，热电偶是炉子中最贵的配件，炉膛的2/3价格，不要碰热电

偶，试件之间相互有距离，不要堆叠。

5、学生先放置试件，高温加热，保温10min。

6、保温时间：工厂中的大件应该随炉加热，我们的小件一般采取等

温加热，经验上加热速度1-1.5mm/min，我们的试件10mm厚，奥

氏体化保温时间10-15min（缩短高温加热时间，放止脱碳，脱碳是指工件在加热过程中，钢中的碳与炉气中O2、H2O、CO2及H2发生化学反应，生成含碳气体逸出钢外，使工件表面含碳量降低的过程），回火时保温时间30min。

7、安全操作重点二：取试件淬火，夹子夹住一个试件，迅速沿地面

拿过来，水冷的放到水里搅拌，空冷的放到窗台冷却。水中夹子出来夹下一个试件时，要在抹布上擦一下。原因：迅速的原因是600°C -400°C温度区间过冷奥氏体最不稳定，冷却速度太慢不能完全得到马氏体组织；沿地面可以防止在夹试件冷却的过程中烫伤周围同学，或试件没有夹住高处掉落，路径比较曲折，不知道会碰到谁；水中搅拌原因，在800°C -380°C温度范围内，工件在水中被蒸汽膜所包围，使工件冷却速度很慢，我们希望在这一温度区间快速冷却，防止形成珠光体或贝氏体转变，搅拌可以使蒸汽膜破裂，工件与水直接接触，水迅速气化，产生沸腾现象，不沸腾了冷却的差不多了，拿出来放置在旁边的木板上；空冷放在窗台不要在地面，防止哪个同学不小心踩到。

8、淬火后试件要按照加热温度分为两组。各取三块分别放到

200°C、400°C、600°C炉中回火，保温30min后空冷，这之后的试件要记住各自的处理工艺，不要混淆，试件在硬度测试前要砂纸打磨。在热处理操作过程中，任何时间不要用手拿试件。

9、有三个夹子，可以让三个同学依次夹出试件淬火，注意同学的走

位及水槽旁淬火位置，另外让一个同学负责开关炉门，当温度低于热处理温度10°C左右（如降到850°C），要关闭炉门，升高到860°C，再继续取试件。

5、洛氏硬度原理与操作

1、用金刚石圆锥或淬火钢球，在一定压力下压入试样表面，以压痕

深度测出硬度值，试验时可以从屏幕上直接读出硬度值，以HR 表示。（根据表洛氏硬度实验的压头、载荷数和适合范围），HRC只采用金刚石圆锥，150公斤力，范围20-67，适合淬火钢、调制钢、深层表面硬化钢。HRA打的材料较硬，HRB打的材料较软，共15种不同的洛氏硬度标尺，采用不同的压头与载荷的组合。

2、试验步骤：

根据表选择压头与载荷（本次试验HRC只采用金刚石圆锥，

150公斤力）

将试件放置于载物台上

加预载荷，观察试件，转动升降机手轮，使试件与压头接