材料改性工艺实践

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题目：60Si2Mn端淬实验报告

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摘要：通过对60Si2Mn的端淬实验，将淬火后的试样进行打磨后在洛氏硬度计上测硬度值，并将热处理后的试样进行切割，磨制，抛光，腐蚀，在蔡司显微镜上拍下其不同位置的组织图片，分析淬火加热温度对钢淬火后性能的影响，实验表明：末端的冷却速度最大，其组织为马氏体，随后为屈氏体，再逐渐过渡到原始组织，其硬度也相应逐渐降低。

关键字：端淬；硬度；组织；性能

前言：金属材料通过不同加热、保温和冷却方式使其部的组织结构发生变化以达到改善加工工艺性能和强化力学性能的目的。本实验对60si2mn进行端淬实验，分析组织和性能关系，揭示现象本质为更深入分析材料所具有的潜在的综合机械性能，充分发挥材料使用性能。

一、实验目的：

1、熟悉钢的淬透性及测定方法

2、研究钢的含碳量、奥氏体化温度对淬透性的影响

3、研究不同冷却速度对碳钢、合金钢组织的影响

二、实验原理：

试样运用末端淬火法进行淬火，其原理为：将

钢的标准试样（Φ25×100mm）在自动控温箱式热

处理炉加热到860 ℃后，迅速放入末端淬火试验

机的冷却孔中，对试样的末端喷水冷却。规定喷

水管径为12.5mm，喷水口距式样端部为

12.5mm，其示意图如图1所示。由于试样仅末端

淬火，所以整个圆柱沿长度方向由下而上冷却速

度逐渐减小，故试样经末端淬火的组织马氏体→

贝氏体→屈氏体→原始组织，其硬度也相应逐渐

降低。

三、试验方法：

3.1实验材料与设备

试样为Φ25×100mm 的60Si2Mn 钢件，离试样3～

5mm 处是直径为28～30mm ，以供淬火悬挂使用。

实验设备为：箱式电阻炉，端淬机，金相试样切割机，台式砂轮机，砂纸，R （D ）150A1洛氏硬度计，金相试样抛光机，Axovert25蔡司显微镜。 3.2加热

将60Si2Mn 试样放入箱式电阻炉中，加热温度为860℃，加热1小时，保温180分钟后，用长柄钳子取出，进行端部淬火。

3.3制样与磨样

淬火完成后，将试样距淬火端部50mm 处用切割机进行切割，切割完成后将带有淬火端部的50mm 试样用砂轮机沿圆柱表面纵向相对的两边各磨去0.2~0.5mm 的深度，然后经砂纸研磨，以获得相互平行的两个平面，以获得平面，便于测定硬度。试样在切割与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。

图1 末端淬火法示意图

3.4测量硬度值

利用洛氏硬度计用来测量其洛氏硬度值。将试样放在“V”型试样台上，沿试样磨制平面的中心线进行测量，由试样水冷端（即末端起），每隔1.5mm测量一次，当硬度值下降趋平稳时，可每隔3mm测量一次。一般测量至离水冷端30~40mm即可。本次实验试样60Si2Mn的硬度值数据如表1所示，硬度曲线如图2所示。

值数据如表1所示，硬度曲线如图2所示。

3.5磨样

使用4道粗细不同的砂纸进行细磨，需要从粗到细的不同金相砂纸的磨制，把他们逐渐减轻，为进一步抛光做准备。砂纸应放在玻璃板上，依次用120，240，400，600进行磨制，每更换一道砂纸试样应转到90°，并使前一道的磨痕彻底去除。

3.6抛光

抛光目的是消除试样磨制时在磨面上留下的细微磨痕，得到平整、光亮、无痕的镜面。理想的抛光面应是平整、光亮、无痕、无浮赚、无蚀坑、无全属扰乱层，

抛光原理为：抛光时由抛光微粉与磨面间的相对机械作用面使磨面抛光，其主要作用有：

3.7腐蚀

组织显示：由于金属中合金成分和组织的不同，造成腐蚀能力的差异，

腐蚀后使各组织间、晶界和晶产生一定的衬度，金属组织得以显示。常用的金相组织显示方法有：

(1）化学浸蚀法；

(2）电解浸蚀法；（本实验用4％硝酸酒精腐蚀）。

3.8 60Si2Mn

60Si2Mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较55Si2Mn 稍高。60Si2Mn弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 ℃以下非腐蚀介质中耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。

图一（距淬火端1.5mm）图二(距淬火端10.5mm)

图三(距淬火端16.5mm) 图四(距催火端49mm)

图一为端淬火后1.5mm，端部硬度HRC60以上，出来的是马氏体，组织晶粒细小所以硬度较大。

图二为距淬火端10.5mm，硬度HRC45左右，出现少量贝氏体组织，组织晶粒开始变大。

图三为距火端34.5mm,硬度HRC35左右，过渡到屈氏体组织碳化物。

图四为距火端49mm,硬度HRC27左右，为60Si2Mn的集体组织。

4结论

（1）通过60Si2Mn钢加热到规定的温度保温后，经末端淬火，末端的冷却速度最大，其组织为马氏体，随后为屈氏体，再逐渐过渡到原始组织，其硬度也相应逐渐降低。