碳钢的热处理实验(.材控专业)-石油大学范例.ppt

碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定材料、材控专业 一、实验目的 1、了解碳钢的热处理操作； 2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响； 3、观察热处理后钢的组织及其变化； 4、了解硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度计的使用。 二、概 述 （一）钢的热处理工艺 钢的热处理就是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种加工工艺。 淬火、回火是钢件的重要热处理工艺。所谓淬火就是将钢件加热到Ac或Acl以上，保温后放入放入各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理操作。 钢件，特别是高碳钢件经淬火后得到马氏体组织时，材质硬而脆，并且工件内部存在很大的内应力，如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂；一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。因此钢件淬火后必须立即进行回火处理。 加热温度的选择 （1）淬火加热温度：根据Fe—Fe3C相图确定，如图6—1所示。对亚共析钢，其加热温度为Ac3十30~50℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。如果加热温度不足(如低于Ac3)，则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足。对于共析钢、过共析钢其加热温度为Ac1＋30～50℃，淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬度和耐磨性。过高的加热温度(如高于Acm)，会因得到粗大的马氏体，过多的残余A而导致硬度和耐磨性的下降，脆性增。 各种不同成分碳钢的临界温度列于表6—1中。 （2）回火温度：回火温度决定于要求的组织及性能。按加热温度不同，回火可分为三类： 低温回火：在150～250℃回火，所得组织为回火马氏体。硬度约为HRC57～60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。 中温回火：在350~5000C回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40~48，其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。因此它主要用于各种弹簧及热锻模。 高温回火：在500～650~；回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC25~35。其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合机械性能，常把淬火后经高温回火的处理称力调质处理，因此一般用于各种重要零件，如柴油机连扦螺栓，汽车半轴以及机床主轴等。 2、保温时间的确定 为了使钢件内外各部分温度均匀一致，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，就必须在淬火加热温度下保温一定时间。通常将钢件升温和保温所需的时间计算在一起，称为加热时间。 在具体生产条件下，工件加热时间与钢的成分，原始组织、工件几何形状和尺寸、加热介质、炉温、装炉方式等许多因素有关。 对于碳钢件，放进预先巳加热至规定淬火温度的炉内加热，如果是火焰炉、电炉所需加热及保温时间大约为1分钟／毫米直径，如果是盐浴炉则缩短1—2倍。合金钢加热时间要增加25~40％。 回火时的加热、保温时间，应与回火温度结合起来考虑。一般来说，低温回火时， 由于所得组织不稳定，内应力消除不充分，为了稳定组织，消除内应力，使零件在使用过程中性能与尺寸稳定，回火时间要长一些，一般不少1.5～2小时。高温回火时间不宜过长，过长会使钢过分软化，对有的钢种甚至造成严重的回火脆性，所以一般为0.5～l小时。 3、冷却速度的影响 冷却是淬火的关键工序，一方面冷却速度耍大于临界冷却速度，以保证得到马氏体，另一方面又希望冷却速度不要太大，，以减小内应力，避免变形和开裂，为此，根据c曲线考虑，淬火工件必须在过冷奥氏体最不稳定温度范围(650~550℃)进行快冷，以超过临界冷却速度，而在Ms(300～200℃)点以下，尽可能慢冷以减少内应力。为保证淬火质量，应适当选用淬火介质和淬火方法。常用淬火介质的特性见表6—2。 共析钢连续冷却后的显微组织如图6--2所示。炉冷得到100％珠光休。空冷得到细片状珠光体或称索氏体。油冷得到少量屈氏体和马氏体。水冷得到马氏体和少量残余奥氏体。 钢随成分和热处理条件不同，热处理后的组织各不相同，其基本组织特征如下： （1）索氏体（S） 是铁素体与片状渗碳体的机械混合物，其层片分布比珠光体更细密，在显微镜的高倍(700x左右)放大下才能分辨出片层状，它比珠光体具有更高的强度和硬度。 （