20号钢热处理综合实验报告

一.实验目的

（1）了解并掌握20号钢的热处理工艺、。

（2）掌握20号钢正火的步骤、规范以及硬度的变化。

（3）学会观察20号钢正火后的显微组织结构，分析其性能变化的原因。

（4）学会解决实验过程中的问题，探索最佳20号钢热处理工艺。

二.简述4种基本热处理工艺（退火、正火、淬火及回火）方法及

钢热处理后的显微组织特征

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。

钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火：将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却（冷却速度最慢），目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。

正火：将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

淬火：将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶

长安大学材料综合实验（下）

液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。

回火：为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710 C的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

三.简述洛氏硬度测定的基本原理及应用范围

洛式硬度（HR-）是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。

以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120 °的金刚石圆锥体或直径为1.59或3.18mm 的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，有HRA,HRB,HRC 三种硬度。

HRA :是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB :是采用100kg载荷和直径1.59mm 淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC :是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

另外：

（1） HRC含意是洛式硬度C标尺，

（2） HRC和HB在生产中的应用都很广泛

(3) HRC 适用范围HRC 20 ―― 67 ,相当于HB225 ―― 650 若硬度高

于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。若硬度低于此

范围则用洛式硬度B标尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高于此值。

(4) 洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥，试验载荷为一确定值，中国标准是150公斤力。布氏硬度计之压头为淬硬钢球(HBS)或硬质合金球(HBW )，试验载荷随球直径不同而不同，从3000到31.25公斤力。

(5) 洛式硬度压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无损检测一类。布式硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。

(6) 洛式硬度的硬度值是一无名数，没有单位。(因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的)布式硬度的硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。

(7) 洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示，操作方便，快捷直观，适用于大量生产中。布式硬度需要用显微镜测量压痕直径，然后查表或计算，操作较繁琐。

(8) 在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为：1HRC〜1/10HB。

四.实验仪器名称、型号以及实验材料

(1)两个20号钢圆柱试样

(2)防水砂纸若干

(3) 抛光机一台

(4 )金相显微镜一台

(5 )洛氏硬度试验机

(6)箱式电阻炉

五. 20号钢材料简介

材料名称：优质碳素结构钢

牌号：20钢 标准：GB/T 699-1988

特性及适用范围：

强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性 高、一般供弯

曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接 性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂 纹。切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不 大而韧性要求高的。

伸长率85 ( %)25

断面收缩率® (%):> 55

化学成份：

碳 C : 0.17 〜0.24

锰 Mn : 0.35 〜0.65

磷 P : < 0.035

镍 Ni : < 0.25

力学性能： 抗拉强度

屈服强度 硅 Si : 0.17 〜0.37 硫 S :< 0.035 铬 Cr : < 0.25 铜 Cu : < 0.25

ob (MPa) :> 410(42) os (MPa)245(25)

硬度：未热处理，< 156HB

试样尺寸：试样尺寸d20 9mm

六.实验内容

工件规格：d20 9mm

具体工艺流程：910 C,到温入炉，保温时间30min，空冷

欲得组织：以分散度较高的的铁素体为基体+片状珠光体。预期效果：取

得较为显著的硬度提高以及较好的综合性能。

实验步骤：

(1) 对切样进行粗磨

(2) 在布氏硬度机上测量其中一个切样的表面硬度

(3) 第一次记录硬度大小，采集三次数据。

(4) 预热炉温至920 C

(5) 将两个切样放入保温炉中，保温时间30mi n

(6) 空冷至室温

(7) 再进行粗磨去除氧化铁皮

(8) 精磨获得抛光表面

(9) 将其中一个表面次光滑的切样进行二次硬度测试，采集三次数据

(10) 将剩下的切样进行侵蚀，采用4%的硝酸酒精溶液腐蚀抛

光表面，当切样抛光面呈灰色就立即用清水清除残酸，插上酒精棉, 用吹风机吹干

(11) 在先问经商观察，并在不同倍数的条件下摄像

七.实验结果