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-Fe

3

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HBW

T10钢

760 680

4 6

20～30

550

197～217

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（A

c1