热处理制度对T10钢组织和硬度的影响实验

热处理制度对T10钢组织和硬度的影响实验

一、实验目的

1.论述T10钢球化退火和780℃淬火后的组织和硬度。

2.探索了改变原始组织和热处理工艺（淬火温度）对其的影响。

二、概述

T10钢是一种最常用的工模具钢，热处理后要求有高的硬度59—65HRC、强度、耐磨性及适当的韧性等；T10钢ACm为800℃，通常采用球化退火、Ac1+(30~50)℃淬火及170℃~200℃回火的传统热处理工艺。通常认为这可使钢获得具有最佳配合的强度和韧性。一些工厂的生产实践表明，T10钢制冷变形模具使用寿命较低，易出现壁裂、崩刃和折断等，以致过早报废。为此，我们探索改进T10钢的热处理工艺。

三、实验步骤

二实验过程

1.试验方法

试验用T10钢的成分见表1。选用粒状珠光体及片状珠光体两种原始组织，前者试样仅用780℃传统工艺淬火，而后者试样则用740、780、840、900℃四种淬火温度，随后进行机械性能检测试验。

表1 T10钢的化学成分

2.试样的热处理

2.1预备热处理

2.2.1正火

T10钢的A Cm为800℃，正火温度约为A Cm +30~50℃，故取840℃。

用下列经验公式计算加热时间：

T

aKD

公式中T——加热时间，min；

a——加热时间系数，min/mm，（碳钢取0.8~1.2 min·mm-1）；

K——装炉修正系数；

D——工件有效厚度，mm。

正火工艺参数见表2，工艺曲线见图1。

表2 正火工艺参数

温度

T/℃

时间t/min 图1 正火工艺曲线

正火后组织图见图2

图2 正火后组织（×400） 2.1.2球化退火

T10钢锻坯经10kw 箱式电炉等温球化退火，在770 ℃保温2 h ，再冷到680℃，保温4小时，出炉空冷。机械加工后的机械性能、淬透性及金相试样，一部分按传统工艺热处理，以作对比。球化退火工艺参数见表2。 球化退火工艺曲线见图3。

时间t/min

4h

770℃

温度T/℃ 680℃

2h

图3球化退火工艺曲线

球化退火后组织如图4所示

图4 等温球化退火后组织（×400）

2.2最终热处理

所有试样在箱式炉内进行最后热处理，等温球化退火试样淬火加热780℃，正火试样淬火加热分别为740、780、840、900℃保温，用水淬火，200℃回火，然后磨加工到规定尺寸。每种工艺每个试验都取4个试样的平均值。最终热处理工艺参数见表3。用下列经验公式计算淬火加热时间：

aKD

T

公式中T——加热时间，min；

a——加热时间系数，min/mm；碳钢取0.8~1.2 min·mm-1

K——装炉修正系数；

D——工件有效厚度，mm。

表3 T10钢最终热处理工艺规范

片状珠光体在淬火后组织如图图5

740℃淬火（×400）

780℃淬火（×400）

840℃淬火（×400）

900℃淬火（×400）

图5 片状珠光体在淬火后组织

粒状珠光体淬火后组织如图

6

780℃淬火（×400）

图6 粒状珠光体淬火后组织

3.性能试验方法

检测各零件的硬度及观察各个显微组织，在HR150—A型洛氏硬度计上测定其硬度值，在XJL—02 型金相显微镜上拍摄显微组织照片及测晶粒度。其它机械性能试样断后也进行显微组织观察，并测了试样心部硬度。淬火后硬度、晶粒度和组织检测结果见表5。

序号原始

组织热处理

规范

硬度

（HRC）

金相组织

1

P片740℃

淬火

51 细针状M+细板条

M+Ar+碳化物

三结果分析

1 组织分析

改变T10钢原始组织及奥氏体化温度,导致了马氏体组织结构发生变化。（1）当原始组织为片状珠光体时,在740℃、780℃加热未完全奥氏体化，奥氏体含碳量不高，得到细针状、细小板条状马氏体；在840℃、900℃淬火后，碳完全融入奥氏体中，得到针状马氏体,且由于温度升高，得到的组织较740℃、780℃淬火后组织粗大；900℃在淬火时，温度过高，奥氏体晶粒粗大，晶界过热，所以淬火后晶粒更加粗大，晶界出现弱化现象，如图5。

（2）当原始组织为粒状珠光体时,780℃淬火后的马氏体形态为针状马氏体，其组织较均匀，如图6。

4.2硬度分析

奥氏体化温度升高，奥氏体中碳含量增加，使硬度值有所增加，故740℃、

780℃、840℃的硬度逐渐增加；900℃加热，Ar晶粒粗大淬火后得到组织硬度反而降低。

四结论

综上所述，与传统球化退火工艺相比，片状珠光体淬火得到的组织硬度与其不同，在与传统工艺相同淬火温度得到的组织，硬度较传统工艺稍小，但在840℃下可得到硬度更大的组织。随温度增加，片状珠光体组织淬火后硬度逐渐增加，在840℃淬火时硬度达到最大，在900℃淬火会因为组织过于粗大而使硬度降低。