金属材料专业实验

金属材料工程专业综合实验

实验题目热处理工艺对组织和性能的影响学院机械工程学院

班级08材料

学号A08XXX

姓名XXX

日期2011.12.27—2012.1.8

一、实验目的与要求

专业综合实验是材料类专业的一个重要的实践教学环节。

由于它对前继课程的涵盖性以及生产实际的密切联系，所以在培养学生的综合实验能力和提高综合素质方面具有不可替代的作用。

专业综合实验是学生在校期间第一次较全面的实验能力训练，在学生总体培养目标中占有重要的地位。通过对一般通用材料的化学成分、显微组织分析、建立热处理工艺与性能之间的联系，使学生掌握含碳量、加热温度、冷却速度、回火温度对组织性能的影响，熟悉材料分析的基本方法；对学生进行热处理工程师的基本训练，是学生会使用现代的实验方法。加深学生对也学过的专业基础及专业课的理解，为学生的毕业设计打下坚实的基础。

要求学生查阅一定数量的相关资料，根据自己的题目制定热处理工艺及实验方案，自己动手实施热处理，测定材料的化学成分及强度、塑性、韧性、硬度等。照出的显微组织要清晰、典型，最后整理实验数据、写出实验报告。

二、实验类型

验证型实验

三、实验原理及说明

1.钢的退火与正火

把钢加热到临界温度以上或一下，保温一定的时间，然后随炉冷却的热处理工艺称为退火。退火目的是均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力，细化晶粒，改善组织，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。退火包括完全退火和不完全退火

把钢加热到临界温度以上，完全奥氏体化，保温一定的时间，然后空冷的热处理工艺成为正火。正火的目的是获得一定的硬度、细化晶粒，消除组织中的缺陷。

2.钢的淬火与回火

把钢加热到临界温度A C1或A C3以上保温并随之以大于临界冷却速度冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的主要目的是提高材料的硬度和强度。对于45号钢，淬火组织为马氏体+残余奥氏体。

回火是将淬火后的钢件加热到A1一下某温度，经保温后冷却到室温，使其转变成稳定的回火组织。回火的目的是消除淬火后产生的应力，降低脆性，改善机械性能。按回火温度可分为：

低温回火温度为150—250℃

中温回火温度为350—500℃

高温回火温度为500—650℃

其组织依次为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体。

3.热处理工艺要素

加热温度（T）、保温时间（t）、冷却速度（V）。热处理工艺的制定主要参照这三要素。

（1）加热温度

对于45号钢，加热温度不足，得到铁素体+马氏体，会出现软点，硬度下降。加热温度过高，会引起奥氏体晶粒粗大，机械性能下降。

（2）保温时间的确定

主要考虑钢的化学成分、原始状态、工件的形状及尺寸、装炉量和装炉方式。

（3）冷却速度影响

冷却速度直接影响到钢淬火后的组织和性能。选择淬火介质的第一

原则是满足工件淬透层深度要求的前提下，选择淬火烈度最低的淬火介质。

在相当于被淬火钢的过冷奥氏体最不稳定区有足够的冷却能力，而在马氏体转变区（300—100℃）其冷却速度又很缓慢。因此，淬火介质的冷却特性在使用过程中应该稳定，长期使用和存放不易变质，价格低廉，来源丰富，而且无毒及环境污染。

四、实验仪器

五、实验内容和步骤

1. 查阅相关资料

根据实验题目收集相关的参考资料。

（1）45号钢的成分及性能：

①45号钢的成分：含碳量为0.42—0.45%，Si含量为0.17—0.37%，Mn含量0.50—0.80%，Cr含量≤0.25%，Ni含量≤0.30%，Cu含量≤0.25%。

②45号钢的性能：45号钢属于中碳钢,为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模版,梢子,导柱等,但须热处理具有良好的综合机械性能，广泛应用于工程领域。抗拉强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J。

（2）45号钢的CCT 曲线：

45号钢的CCT 曲线

根据CCT曲线分析经热处理后的组织。

2. 制定热处理工艺及实验方案

热处理工艺曲线

根据实验要求试件分为2组，根据热处理工艺曲线，每组制定五种热处理工艺，每种工艺取两个试样，前五种工艺本组用来进行冲击实验，后五种工艺供他组用来进行拉伸实验。实验结束后，参考其硬度直。

表2 本实验制定的热处理工艺

3. 实施热处理

根据制定好的热处理工艺进行热处理。将炉加热到850℃后，放入10个试件，等回复850℃时，计时20min。然后将其中两件浸入油中淬火，其余八件浸入水中淬火。淬火结束后，在八件试件取出六件分别在令一炉进行200℃、400℃、600℃的回火，回火保温时间为30min。

4. 力学性能测试

（1）冲击实验

将五种工艺的10个试件依次进行冲击实验。实验是在摆锤式冲击试验机上进行的。

①检查试样的形状、尺寸及缺口质量是否符合国家规定。

②空打试验机。

③将摆锤扬起挂稳并板紧操纵手柄，将从动指针拨至刻度位置。

④使用专用样规，将试样紧贴支座，并使其缺口对称于支座对称面上。

⑤拨动操纵手柄，使摆锤自由下摆进行冲击，试样冲断后立即制动摆锤。

⑥记录从动针在刻度盘上的指示值，即为冲击功。

（2）测试洛氏硬度

随机选取一个每种工艺冲击收后的试样，在砂纸打磨，磨去两对面的氧化皮，然后在洛氏硬度机，测出三组数据并记录在下表3。步骤为：

①将试样放在合适的工作台上。

②将手轮顺时针旋转使升降丝杆上升，压头渐渐接触试样，刻度盘指针开始转动，此时先看小指针，继续转动手轮，当小制作从黑点指向红点时，此时停止旋转手轮。

③转动指示器表盘，使大指针对准“0”。

④加主载荷，将加载手柄推向加载位置，主载荷将通过杠杆加于压头上，而使压头压入试样，保持一定的时间。

⑤卸除主载荷，使手柄转动至原来位置。

⑥读出硬度值，长指针在卸除主载荷后停留位置所对应的位置即为硬度值。

5. 组织观察