T10钢热处理工艺

辽宁工程技术大学综合及创新实验开题报告学生姓名吴双全学号 **********所属院系材料科学与工程学院专业/班级材料13-3所用材料 T10钢要求硬度 50～55HRC阅卷人阅卷日期成绩评定：T10钢热处理工艺设计一、实验目的1、通过设计一组热处理工艺方案提高T10钢试样的硬度，使其硬度达到50～55HRC。

2、设计热处理工艺使试样金相组织中最终出现屈氏体。

二、实验材料及设备1、T10钢圆柱试样（15×15mm）若干2、硝酸3、酒精4、砂纸5、抛光膏6、玻璃板7、箱式电阻炉及控温仪表8、抛光机9、金相显微镜10、洛氏硬度计三、实验内容1、T10钢概述目前常用的碳素工具钢有T8、T10、T12,其中T10用量最多。

T10钢优点是可加工性好，来源容易；但淬透性低、耐磨性一般、淬火变形大。

因钢中含合金元素微量，耐回火性差，硬化层浅，因而承载能力有限。

虽有较高的硬度和耐磨性，但小截面工件韧性不足，大截面工件有残存网状碳化物倾向。

T10钢在淬火加热（通常达800℃）时不致于过热，淬火后钢中有过剩未溶碳化物，所以比T8钢具有更高的耐磨性，但淬火变形收缩明显。

由于淬透性差，硬化层往往只有1.5～5mm；一般采用220～250℃回火时综合性能较佳。

热处理时变形比较大，故只适宜制造小尺寸、形状简单、受轻载荷的模具。

2、T10钢化学成分碳 C ：0.95～1.04（Tχ，χ：碳的千分数）硅 Si：≤0.35锰 Mn：≤0.40硫 S ：≤0.020磷 P ：≤0.030铬 Cr：允许残余含量≤0.25≤0.10(制造铅浴淬火钢丝时)镍 Ni：允许残余含量≤0.20≤0.12(制造铅浴淬火钢丝时)铜 Cu：允许残余含量≤0.30≤0.20(制造铅浴淬火钢丝时)注：允许残余含量Cr+Ni+Cu≤0.40(制造铅浴淬火钢丝时)3、T10钢适用范围这种钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件等。

四、实验原理C平衡相图及过研究T10钢经退火、淬火、回火后的组织，需要运用Fe-Fe3冷奥氏体等温转变曲线图—C曲线从加热和冷却2个方面进行分析，钢在冷却时的组织转变规律是由C曲线确定的。

因此，研究钢热处理后的组织通常以C曲线为理论依据。

按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。

通过金相显微镜观察，可以发现过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。

T10钢是过共析钢，过共析钢的C曲线跟亚共析钢的相似，先析出的是渗碳体。

随着冷却速度的增大，钢的显微组织变化是：渗碳体+珠光体→渗碳体+索氏体→渗碳体+托氏体→托氏体+马氏体+残余奥氏体→马氏体+残余奥氏体。

为了使渗碳体呈球状并且均匀分布，改善切削加工性能，为最终热处理做好组织准备，碳素工具钢必须先进行球化退火。

碳素工具钢经不完全淬火和中温回火，硬度在50～55HRC范围，可作为低切削的刃具和形状简单的冷冲模。

五、实验流程工艺1、球化退火表1 球化退火工艺参数含碳量大于0.75%的高碳钢或工具钢一般采用球化退火作为预备热处理，如果有二次网状渗碳体的存在，则应先进行正火消除网状渗碳体。

球化退火是使钢中碳化物球化，获得球化体的一种热处理工艺。

球化效果作用于T10钢，其目的是降低硬度、均匀组织、改善切削加工性，并为淬火作组织准备，因为球状组织不易过热，即球体溶入奥氏体较慢，所以奥氏体晶粒不易长大，淬火后组织为隐晶马氏体，且淬火开裂倾向小。

T10碳素工具钢，一般采取球化退火，使渗碳体成球状均匀分布，若锻件沿晶界出现网状碳化物时，则先进行正火处理，消除网状碳化物，然后进行球化退火。

其目的是降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能，并为淬火作组织准备。

因为球状组织不易过热，即球体溶入奥氏体慢，所以奥氏体晶粒不易长大，淬火后组织为隐晶马氏体，且淬火开裂倾向小。

常用的球化退火工艺如图1所示（以T12为例）。

图a 为一次加热球化退火工艺，要求退火前的原始组织为细片状珠光体，图b 是目前生产上应用较多的球化退火工艺，图c 为反复球化退火工艺。

图1 常用的几种球化退火T10钢是高碳钢，实验采用图b 球化退火工艺，将其加热到A c1以上20～30℃保温4h 后，再以30～40℃/h 冷却到680℃等温6h ，再炉冷到550℃出炉。

球化退火实现了碳化物快速球化的关键在于通过控制相变的热力学和动力材料 加热温度/℃ 保温时间/h冷却速度 出炉温度/℃ 硬度HBWT10钢760 6804 620～30550197～217学来改变奥氏体向珠光体转变的模式-从传统的片层转变机制改变为“离异共析”的转变形式。

“离异共析”的转变形式是将奥氏体奥氏体直接转变成球状珠光体，时间大为缩短。

为此，在加热过程中奥氏体转变完成之后必须在奥氏体基体上残留足够的未溶碳化物颗粒作为随后冷却过程中珠光体离异共析转变的核心。

快速球化退火工艺去除加热时间和冷却时间，奥氏体化保温时间和等温转变时间总和仅需2h（时间与工件大小无关）。

对于工具钢而言，有时可以采用调质处理来代替球化退火，这样不但省时省电，完全可以达到球化效果，而且经调质后的粒状珠光体，比球化退火后的粒状珠光体更细小，更均匀，更有利于最后的退火。

2、不完全淬火表2T10钢淬火工艺T10钢淬透性低，容易产生变形和淬裂，需要用盐水或碱水水冷却。

另外碳素工具钢对过热敏感，晶粒容易长大，所以采用不完全淬火其淬火温度一般是在以上30～50℃）。

这是由于碳化物的存在碳化物与奥氏体共存的两相区内（Ac1不仅可以阻止奥氏体的长大，使碳素工具钢保持较小晶粒，从而能在高硬度条件下保证具有一定的韧性，而且剩余碳化物的存在也有利于模具耐磨性的提高。

为防止过热，选取最低的淬火加热温度(760～780℃)，为防止淬火开裂，必须在淬火方法上实现均匀冷却。

在实际生产中，只有在大型工件或装炉量很多的情况下，才能把升温时间和保温时间分开考虑。

由于淬火温度高于相变温度，所以升温时间包括组织转变的时间。

保温时间实际上只要考虑碳化物的溶解和奥氏体成分均匀化所需时间即可。

确定淬火加热时间是个较为复杂的问题。

到目前为止，还没有一个可靠的计算方法，一般用经验公式来计算，通过试验最终确定。

常用经验公式为t=α·K·D （1）式中：t为加热时间（min）；α为加热系数（min/mm）；K为装炉修正系数；D 为工件有效厚度。

加热系数α表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关。

3、中温回火对于本工艺要求的硬度、强度、耐磨性及一定韧性的淬火工件，选取淬火后再进行300～350℃之间进行回火。

回火后得到回火屈氏体及在其分布均匀的细小碳化物颗粒组织，硬度一般可达50～55HRC。

回火时间依据经验公式Th =Kh+Ah· D其中，Kh 为回火时间基数，本工艺Kh取20min。

Ah为回火时间系数，本工艺取1min/mm。

故Th=20+1·15=35min。

实际情况比理论计算时间略长。

六、实验步骤1.选择T10钢圆柱零件4个。

2.试样预处理：T10钢分析并检测其性能（硬度、金相组织、冲击韧性、抗拉强度），观察是否有网状渗碳体（如果有正火去除）3.等温球化退火：将T10钢加热到Ac1以上20～30℃保温4h后，再以30～40℃/h冷却到680℃等温6h，再炉冷到550℃出炉（球化退火），空冷。

4.淬火处理：计算出淬火保温时间，确定淬火加热温度(760～780℃)，将球化退火后的试样放入电阻炉中保温45min后取出进行水油双液淬火。

在20～40℃的水或5%的盐水中冷却至250～300℃，立即放入20～40℃油中淬火至室温。

5.硬度测量：先用砂纸将试样表面打磨光滑，后用洛氏硬度计测量其表面硬度，三次取平均值。

6.中温回火：将试样放入箱式电阻炉中加热至350℃保温35～40min，空冷至室温并测量硬度，如第5步。

7.金相组织观察：（1）打磨。

将T10钢试样依次用0～4号砂纸打磨至表面光亮，洁净，平整，无凹坑，腐蚀孔。

（2）抛光。

将试样磨面在抛光盘中心附近进行抛光，并适当调整压力，时间为3～5min。

（3）腐蚀。

先用酒精清洗，然后用硝酸进行腐蚀3～5秒，清水冲洗后用脱脂棉擦干。

(4）观察组织。

将腐蚀后的金相试样在金相显微镜下观察，并拍摄组织图样。

七、预期结果根据表3及本实验所需的工艺要求，T10钢在经球化退火及水油双液淬火后采取350℃中温回火，达到其硬度50～55，表层金相组织中出现回火屈氏体，如图1。

图1 回火屈氏体组织图八、参考文献[1].吴晶,纪嘉明,丁红燕金属材料实验指导[M] 镇江市江苏大学出版社 2009年4月26-50,93-100.[2].邵红红,纪嘉明金属组织控制技术与设备[M] 北京市北京大学出版社 2011年9月7-8,13.[3].汪东红等 GCr15钢的快速球化退火工艺[J] 安徽省安徽工业大学学报 2009年，26（3） 239-242.[4].李泉华等材料热处理工程师资格考试指导书[M] 北京市中国机械工程学会热处理学会 359-374.[5].赵步青工具用钢热处理手册[M] 北京市机械工业出版社2014 444-510.[6].李泉华、赵步青等工具用钢热处理手册北京市机械工业出版社 2014年3月152-155.。