20Cr钢渗碳后热处理工艺研究论文
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.2金相
图11#试样图22#试样
正 火
图3 图4
一 次 淬 火（1#试样）
图5图6
直 接 淬 火（2#试样）
4.实验结果分析
除对两个试样进行渗碳热处理后的工艺进行对比外，两个试样的热处理工艺均相同，这样不仅使得两个对比试样除需要进行对比的工艺外具有相同的组织和力学性能，同时也使得试样同时具有了必要的工艺性能，如同时正火均得到适宜机加的组织，同时渗碳均使得工件所需基本的力学性能得到保证，同时进行低温回火是两个试样的淬火应力均被一定程度的消除等。
将渗碳后热处理中1#和2#试样经两种淬火方法处理后所得到的硬度及不同部位的金相组织图汇总，使两个试样相同部位的硬度及金相组织进行对比分析，进而引申为淬火处理方法不同对试样的最终性能的影响。
3.实验结果
3.1硬度
（1）正火后硬度：两个试样一的表面及心部的平均硬度分别为87.7HRB、87.5HRB；试样二的平均硬度为89.0HRB、88.6HRB。说明试样力学性能从表面至心部变化很小，原始组织分布均匀，不存在成分偏析。
四川工程职业技术学院
学生毕业综合实践论文
专 业金属材料与热处理技术
班 级XXXXXXXX
姓 名XXX
学 号XXXXXXXXXX
指导老师XXX
实践单位
ຫໍສະໝຸດ Baidu实践地点
时间XXXX年XX月XX日至XXXX年XX月XX日
20Cr钢渗碳后热处理工艺研究
[摘要]对渗碳后的20Cr钢分别进行直接淬火和一次淬火，根据硬度及金相组织的观察比较，从而确定不同淬火方法对其组织及性能的影响。进而确定采用一次淬火得到的最终结果，即硬度较高且金相组织较细小，综合力学性能优于直接淬火。
第二，对两个试样进行标号并进行渗碳处理。
第三，分别对两个渗碳件进行一次淬火和直接淬火处理。
第四，对渗碳后采取淬火方法的两个工件进行低温回火。
第五，对两个对比试样分别进行硬度检测，同时制作金相试样。
第六，分析比较两种处理工艺得到的硬度及金相组织。
第七，第六步分析比较后，得出本次工艺研究的最终结论。
2.2工艺流程
首先分别测出两个试样各自的表层及心部的硬度，表层硬度可将氧化层除去后直接测得，心部硬度可将试样切开后测得，其中测试样心部的硬度时应尽量选取试样的φ5mm圆面内测得，即测心部硬度时应尽量避免测到渗碳层的硬度；在测得两个试样各自表面及心部的硬度后，再将两个试样的圆形截面分别制成金相，经粗磨、细磨、抛光及腐蚀后，在金相显微镜上观察组织（渗碳层及心部均需观察），若组织清晰，则进行金相拍照（渗层及心部均需拍照）以作分析比较。
（1）一次淬火：空冷→淬火→低温回火
（2）直接淬火：淬火→低温回火
在渗碳处理完工件出炉时，两种对比工艺也同时开始。试样从渗碳炉中取出后，立即对其中标号为1#的试样进行一次淬火法处理，即试样首先进行空冷，在空冷至室温后，再对其进行淬火处理；同时对标号为2#的试样采取直接淬火法处理，即直接对试样进行淬火处理。将两个试样同时放入低温回火炉中进行低温回火，以消除淬火应力及减小淬火脆性。
2.实验方案
2.1基本思路
因本次研究是对渗碳后的热处理方法的研究，并且以一次淬火法及直接淬火法来进行比较试验的，所以取用两个试样，除渗碳后的淬火方式外，均对两个试样采取相同的热处理工艺，仅以渗碳后的淬火方式作为变动因素来研究，以此进一步提高本次研究的准确性。具体思路如下：
第一，为了防止试样胚料的组织不均匀，同时便于生产中对20Cr钢进行机械加工，获得试样原始组织和进行自身和两个试样硬度及原始组织的比较分析对比，首先对试样进行正火处理。
4.2金相分析
正火处理对两个试样进行金相观察，两个试样得到的金相组织如上图中图（1）图（2）的金相图所示，并且观察组织图可知，正火后的组织为铁素体和珠光体组织均匀分布，说明20Cr钢不存在组织不均匀的现象，进行下一步的渗碳及渗碳后的热处理对照比较工艺可以继续进行。将经过一次淬火法处理的1#试样与经过直接淬火法的2#试样的金相组织图做分析对比（图3与图5比较，图4与图6比较），可以看到图3与图5均为M回+Ar+Crd组织，而图3的组织明显较图5细且均匀，同样也可以看到图4与图6的组织均为M回及部分类珠光体组织,从两张金相图可以明显分辨出图4的组织较图6的组织细。则通过金相组织的观察对比可知，一次淬火法得到的组织细且较均匀，直接淬火法得到的组织较粗大。
5.结论
综合渗碳后对20Cr试样采取两种渗碳后热处理（一次淬火和直接淬火后）的结果比较分析，可以得到以下结论：采取一次淬火法得到的组织较细且均匀，硬度较直接淬火法高，即一次淬火法可以使20Cr具有较直接淬火法更好的综合力学性能。
参考文献
﹝1﹞张玉婷主编.热处理技师手册.北京:机械工业出版社，2005
1.实验准备4
1.1材料4
1.2设备4
2.实验方案5
2.1基本思路5
2.2工艺流程5
3.实验结果8
3.1硬度8
3.2金相9
4.实验结果分析10
4.1性能分析10
4.2金相分析11
5.结论12
1.实验准备
1.1 材料:20Cr
20Cr：20Cr是一种常见的合金结构钢。对于渗碳钢而言，它又属于常见的低淬透性渗碳钢，常用于生产形状简单的小轴、小齿轮、衬套、凸轮和棘轮等。
20Cr热处理工艺流程为：
胚料→正火→渗碳→
在领取试样后，为了防止试样胚料的组织不均匀，同时便于生产中对20Cr钢进行机械加工，获得试样组织和进行两个试样硬度及组织的比较分析对比，首先对两个20Cr试样进行860℃正火处理，以检验试样内部组织是否均匀，并且使试样获得便于机加的组织，正火处理后分别测出试样表面及其心部的硬度并记录，同时制作金相，观察并记录金相组织图，完成后，首先分别对同一个试样的表面及心部的硬度及组织做分析比较，得出单个试样的表面及心部硬度及组织均匀的初步分析结果；再对两个试样的分析结果进行比较，若比较分析的最终结果差异不大，则可初步确定两个试样的原始组织基本相同，可进行下一步处理。为了使两个试样的组织及力学性能在渗碳后的淬火工艺之前均处于相同状态，因此对两个试样进行同步渗碳处理。同时为了方便下一步工艺对比，在渗碳之前对两个试样进行标号。
4.1性能分析
渗碳前，对两个试样同时进行正火处理，得到的试样表层及心部的硬度基本相同，说明正火后得到的组织及力学性能比较均匀，即仅针对力学性能而言，试样组织比较均匀，不存在偏析，可以进行接下来的渗碳及渗碳后的工艺处理。
渗碳后，对1#和2#试样分别采取不同的热处理工艺进行处理，最终试验结果表明，采用一次淬火法的1#试样的表层及心部的硬度均高于采用直接淬火法的2#试样的硬度，即心部具有良好的塑性和韧性，这是由于在渗碳过程中，试样被加热到900℃，且伴随着渗碳的进行，此时工件内部奥氏体晶粒较粗大，出炉后首先对其进行空冷，再对其进行860℃淬火，试样中奥氏体重新形核并长大，但由于加热温度较渗碳时低，保温时间也远远没有渗碳时长，综合两方面因素，此时的奥氏体晶粒的尺寸远远小于渗碳出炉时的尺寸，同时表面具有较高的硬度和耐磨及耐腐蚀的性能，也是因为表层重新形核的奥氏体晶粒尺寸较小，从而使渗碳后的表层的硬度一定程度上得到提高，而对于未经过冷却及奥氏体重新形核长大的过程的直接淬火的2#试样而言，其无论表层或是心部的最终形成的组织所测得的硬度均低于一次淬火后的试样的硬度。通过以上所分析，进一步证实对于20Cr钢而言，渗碳后的热处理方法中，采用一次淬火法得到的力学性能比采用直接淬火法所获得的力学性能好。
20Cr的化学成分及临界点如下表所示：
C
Si
Mn
Cr
P
S
0.18-0.24
0.17-0.37
0.50-0.80
0.70-1.00
≤0.035
≤0.035
表1 20Cr的化学成分/％
Ac1
Ac3
Ar3
Ar1
765
836
799
702
表220Cr临界点近似值/℃
1.2设备
实验室用箱式电阻加热炉一台、实验室用井式电阻回火炉一台、井式气体渗碳炉一台、实验室用洛式硬度试验机、实验用金相显微镜2台、砂轮磨光机2台、砂轮片切割机两台、抛光机、工装夹具、金相试样制备用品若干、量具若干等。
[关键词]20Cr钢渗碳 一次淬火直接淬火。
前言
为了满足20Cr钢的力学性能要求，首先对其进行正火以恢复成原始组织，再对其进行气体渗碳，达到初步的力学性能要求，再对20Cr进行不同方式的淬火后低温回火，使其最终具有良好的综合力学性能。其中的淬火方法为本次主要研究内容，由于条件限制，以一次淬火法和直接淬火法对比进行研究。最终确定采用一次淬火法得到的最终结果为：硬度较高且金相组织较细小，综合力学性能优于直接淬火法。
（2）一次淬火后1#试样硬度：表面平均硬度为64.5HRC；心部的平均硬度为52.5HRC。
直接淬火后2#试样硬度：表面平均硬度为59.0HRC；心部的平均硬度为49.5HRC。
以上两种工艺处理后得到的的硬度证实，一次淬火的试样得到的硬度值高于直接淬火试样得到的硬度，即力学性能较一次淬火好,对于20Cr钢而言，为使其具有较好的力学性能应优先选取一次淬火作为其渗后热处理。
﹝2﹞中国机械工程学会热处理学会·《热处理手册》编委会编.热处理手册：第3版第1卷.北京：机械工业出版社，2001.8
﹝3﹞樊东黎 徐跃明 佟晓辉 主编.热处理技术·数据手册：第2版. 北京:机械工业出版社，2006.4(2009.5重印)
﹝4﹞樊东黎 潘健生 徐跃明 佟晓辉 主编. 热处理技术手册.北京：化学工业出版社，2009.6
﹝5﹞王忠诚编著.热处理常见缺陷分析与对策. 北京：化学工业出版社，2007.9
﹝6﹞国家职业资格培训教材编审委员会.吴元徽主编.热处理工（中级）. 北京:机械工业出版社，2006.6(2010.6重印)
﹝7﹞侯旭明主编.热处理原理与工艺. 北京:机械工业出版社，2010.8
﹝8﹞李书常主编.简明·典型金属材料热处理·实用手册. 北京:机械工业出版社，2010.6
图11#试样图22#试样
正 火
图3 图4
一 次 淬 火（1#试样）
图5图6
直 接 淬 火（2#试样）
4.实验结果分析
除对两个试样进行渗碳热处理后的工艺进行对比外，两个试样的热处理工艺均相同，这样不仅使得两个对比试样除需要进行对比的工艺外具有相同的组织和力学性能，同时也使得试样同时具有了必要的工艺性能，如同时正火均得到适宜机加的组织，同时渗碳均使得工件所需基本的力学性能得到保证，同时进行低温回火是两个试样的淬火应力均被一定程度的消除等。
将渗碳后热处理中1#和2#试样经两种淬火方法处理后所得到的硬度及不同部位的金相组织图汇总，使两个试样相同部位的硬度及金相组织进行对比分析，进而引申为淬火处理方法不同对试样的最终性能的影响。
3.实验结果
3.1硬度
（1）正火后硬度：两个试样一的表面及心部的平均硬度分别为87.7HRB、87.5HRB；试样二的平均硬度为89.0HRB、88.6HRB。说明试样力学性能从表面至心部变化很小，原始组织分布均匀，不存在成分偏析。
四川工程职业技术学院
学生毕业综合实践论文
专 业金属材料与热处理技术
班 级XXXXXXXX
姓 名XXX
学 号XXXXXXXXXX
指导老师XXX
实践单位
ຫໍສະໝຸດ Baidu实践地点
时间XXXX年XX月XX日至XXXX年XX月XX日
20Cr钢渗碳后热处理工艺研究
[摘要]对渗碳后的20Cr钢分别进行直接淬火和一次淬火，根据硬度及金相组织的观察比较，从而确定不同淬火方法对其组织及性能的影响。进而确定采用一次淬火得到的最终结果，即硬度较高且金相组织较细小，综合力学性能优于直接淬火。
第二，对两个试样进行标号并进行渗碳处理。
第三，分别对两个渗碳件进行一次淬火和直接淬火处理。
第四，对渗碳后采取淬火方法的两个工件进行低温回火。
第五，对两个对比试样分别进行硬度检测，同时制作金相试样。
第六，分析比较两种处理工艺得到的硬度及金相组织。
第七，第六步分析比较后，得出本次工艺研究的最终结论。
2.2工艺流程
首先分别测出两个试样各自的表层及心部的硬度，表层硬度可将氧化层除去后直接测得，心部硬度可将试样切开后测得，其中测试样心部的硬度时应尽量选取试样的φ5mm圆面内测得，即测心部硬度时应尽量避免测到渗碳层的硬度；在测得两个试样各自表面及心部的硬度后，再将两个试样的圆形截面分别制成金相，经粗磨、细磨、抛光及腐蚀后，在金相显微镜上观察组织（渗碳层及心部均需观察），若组织清晰，则进行金相拍照（渗层及心部均需拍照）以作分析比较。
（1）一次淬火：空冷→淬火→低温回火
（2）直接淬火：淬火→低温回火
在渗碳处理完工件出炉时，两种对比工艺也同时开始。试样从渗碳炉中取出后，立即对其中标号为1#的试样进行一次淬火法处理，即试样首先进行空冷，在空冷至室温后，再对其进行淬火处理；同时对标号为2#的试样采取直接淬火法处理，即直接对试样进行淬火处理。将两个试样同时放入低温回火炉中进行低温回火，以消除淬火应力及减小淬火脆性。
2.实验方案
2.1基本思路
因本次研究是对渗碳后的热处理方法的研究，并且以一次淬火法及直接淬火法来进行比较试验的，所以取用两个试样，除渗碳后的淬火方式外，均对两个试样采取相同的热处理工艺，仅以渗碳后的淬火方式作为变动因素来研究，以此进一步提高本次研究的准确性。具体思路如下：
第一，为了防止试样胚料的组织不均匀，同时便于生产中对20Cr钢进行机械加工，获得试样原始组织和进行自身和两个试样硬度及原始组织的比较分析对比，首先对试样进行正火处理。
4.2金相分析
正火处理对两个试样进行金相观察，两个试样得到的金相组织如上图中图（1）图（2）的金相图所示，并且观察组织图可知，正火后的组织为铁素体和珠光体组织均匀分布，说明20Cr钢不存在组织不均匀的现象，进行下一步的渗碳及渗碳后的热处理对照比较工艺可以继续进行。将经过一次淬火法处理的1#试样与经过直接淬火法的2#试样的金相组织图做分析对比（图3与图5比较，图4与图6比较），可以看到图3与图5均为M回+Ar+Crd组织，而图3的组织明显较图5细且均匀，同样也可以看到图4与图6的组织均为M回及部分类珠光体组织,从两张金相图可以明显分辨出图4的组织较图6的组织细。则通过金相组织的观察对比可知，一次淬火法得到的组织细且较均匀，直接淬火法得到的组织较粗大。
5.结论
综合渗碳后对20Cr试样采取两种渗碳后热处理（一次淬火和直接淬火后）的结果比较分析，可以得到以下结论：采取一次淬火法得到的组织较细且均匀，硬度较直接淬火法高，即一次淬火法可以使20Cr具有较直接淬火法更好的综合力学性能。
参考文献
﹝1﹞张玉婷主编.热处理技师手册.北京:机械工业出版社，2005
1.实验准备4
1.1材料4
1.2设备4
2.实验方案5
2.1基本思路5
2.2工艺流程5
3.实验结果8
3.1硬度8
3.2金相9
4.实验结果分析10
4.1性能分析10
4.2金相分析11
5.结论12
1.实验准备
1.1 材料:20Cr
20Cr：20Cr是一种常见的合金结构钢。对于渗碳钢而言，它又属于常见的低淬透性渗碳钢，常用于生产形状简单的小轴、小齿轮、衬套、凸轮和棘轮等。
20Cr热处理工艺流程为：
胚料→正火→渗碳→
在领取试样后，为了防止试样胚料的组织不均匀，同时便于生产中对20Cr钢进行机械加工，获得试样组织和进行两个试样硬度及组织的比较分析对比，首先对两个20Cr试样进行860℃正火处理，以检验试样内部组织是否均匀，并且使试样获得便于机加的组织，正火处理后分别测出试样表面及其心部的硬度并记录，同时制作金相，观察并记录金相组织图，完成后，首先分别对同一个试样的表面及心部的硬度及组织做分析比较，得出单个试样的表面及心部硬度及组织均匀的初步分析结果；再对两个试样的分析结果进行比较，若比较分析的最终结果差异不大，则可初步确定两个试样的原始组织基本相同，可进行下一步处理。为了使两个试样的组织及力学性能在渗碳后的淬火工艺之前均处于相同状态，因此对两个试样进行同步渗碳处理。同时为了方便下一步工艺对比，在渗碳之前对两个试样进行标号。
4.1性能分析
渗碳前，对两个试样同时进行正火处理，得到的试样表层及心部的硬度基本相同，说明正火后得到的组织及力学性能比较均匀，即仅针对力学性能而言，试样组织比较均匀，不存在偏析，可以进行接下来的渗碳及渗碳后的工艺处理。
渗碳后，对1#和2#试样分别采取不同的热处理工艺进行处理，最终试验结果表明，采用一次淬火法的1#试样的表层及心部的硬度均高于采用直接淬火法的2#试样的硬度，即心部具有良好的塑性和韧性，这是由于在渗碳过程中，试样被加热到900℃，且伴随着渗碳的进行，此时工件内部奥氏体晶粒较粗大，出炉后首先对其进行空冷，再对其进行860℃淬火，试样中奥氏体重新形核并长大，但由于加热温度较渗碳时低，保温时间也远远没有渗碳时长，综合两方面因素，此时的奥氏体晶粒的尺寸远远小于渗碳出炉时的尺寸，同时表面具有较高的硬度和耐磨及耐腐蚀的性能，也是因为表层重新形核的奥氏体晶粒尺寸较小，从而使渗碳后的表层的硬度一定程度上得到提高，而对于未经过冷却及奥氏体重新形核长大的过程的直接淬火的2#试样而言，其无论表层或是心部的最终形成的组织所测得的硬度均低于一次淬火后的试样的硬度。通过以上所分析，进一步证实对于20Cr钢而言，渗碳后的热处理方法中，采用一次淬火法得到的力学性能比采用直接淬火法所获得的力学性能好。
20Cr的化学成分及临界点如下表所示：
C
Si
Mn
Cr
P
S
0.18-0.24
0.17-0.37
0.50-0.80
0.70-1.00
≤0.035
≤0.035
表1 20Cr的化学成分/％
Ac1
Ac3
Ar3
Ar1
765
836
799
702
表220Cr临界点近似值/℃
1.2设备
实验室用箱式电阻加热炉一台、实验室用井式电阻回火炉一台、井式气体渗碳炉一台、实验室用洛式硬度试验机、实验用金相显微镜2台、砂轮磨光机2台、砂轮片切割机两台、抛光机、工装夹具、金相试样制备用品若干、量具若干等。
[关键词]20Cr钢渗碳 一次淬火直接淬火。
前言
为了满足20Cr钢的力学性能要求，首先对其进行正火以恢复成原始组织，再对其进行气体渗碳，达到初步的力学性能要求，再对20Cr进行不同方式的淬火后低温回火，使其最终具有良好的综合力学性能。其中的淬火方法为本次主要研究内容，由于条件限制，以一次淬火法和直接淬火法对比进行研究。最终确定采用一次淬火法得到的最终结果为：硬度较高且金相组织较细小，综合力学性能优于直接淬火法。
（2）一次淬火后1#试样硬度：表面平均硬度为64.5HRC；心部的平均硬度为52.5HRC。
直接淬火后2#试样硬度：表面平均硬度为59.0HRC；心部的平均硬度为49.5HRC。
以上两种工艺处理后得到的的硬度证实，一次淬火的试样得到的硬度值高于直接淬火试样得到的硬度，即力学性能较一次淬火好,对于20Cr钢而言，为使其具有较好的力学性能应优先选取一次淬火作为其渗后热处理。
﹝2﹞中国机械工程学会热处理学会·《热处理手册》编委会编.热处理手册：第3版第1卷.北京：机械工业出版社，2001.8
﹝3﹞樊东黎 徐跃明 佟晓辉 主编.热处理技术·数据手册：第2版. 北京:机械工业出版社，2006.4(2009.5重印)
﹝4﹞樊东黎 潘健生 徐跃明 佟晓辉 主编. 热处理技术手册.北京：化学工业出版社，2009.6
﹝5﹞王忠诚编著.热处理常见缺陷分析与对策. 北京：化学工业出版社，2007.9
﹝6﹞国家职业资格培训教材编审委员会.吴元徽主编.热处理工（中级）. 北京:机械工业出版社，2006.6(2010.6重印)
﹝7﹞侯旭明主编.热处理原理与工艺. 北京:机械工业出版社，2010.8
﹝8﹞李书常主编.简明·典型金属材料热处理·实用手册. 北京:机械工业出版社，2010.6