金属热处理原理及工艺实验指导书(定稿)-2005讲述.doc

金属热处理原理及工艺 实验指导书 主编：汤峰 刘英 中原工学院 材料科学与工程教研室 2004.6.6 目 录 实验一、钢的热处理 实验二、碳钢热处理后显微组织及性能 实验三、钢的淬透性及组织分析 实验四、钢渗碳后及渗碳淬火后的显微组织分析实验一 钢的热处理 一、实验目的 　　1、了解碳钢的普通热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。　　2、 研究冷却条件与钢性能的关系。　　3、分析淬火及回火温度对钢性能的影响。二、实验原理　 钢的热处理就是钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部组织，从而获得所需性能的一种操作方法。普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。　 热处理操作中，正确地选择加热温度、保温时间和冷却方式，这是热处理质量的保证。　 1、加热温度　（1）退火加热温度 亚共析完全退火加热温度是 Ac3+(30～50)℃ ；共析钢和过共析钢的球化退火加热温度是 Ac1+(20～30)℃ 。　（2）正火加热温度 亚共析钢是 Ac3+(30～50)℃ ；过共析钢是 Accm+(30～50)℃ 。　（3）淬火加热温度 亚共析钢是 Ac3+(30～50)℃ ；过共析刚是 Ac1+(30～50)℃ 。　（4）回火温度 钢淬火后要回火。回火分为以下三类：　 a、低温回火（150℃～250℃）得到的组织为回火马氏体，其目的是降低淬火后的应力，减少钢的脆性。低温回火常用于高碳钢切削刀具、量具和轴承等工件的处理。　 b、中温回火（350℃～500℃）得到的组织为回火屈氏体。目的是获得高的弹性极限，较好的韧性。主要用于中高碳钢弹簧的热处理。　 C、高温回火（500℃～650℃）得到的组织为回火索氏体。目的是获得较高的强度、硬度和冲击韧度的综合力学性能。通常把淬火 +高温回火称为调质处理。主要用于中碳结构钢要求具有综合力学性能机械零件的热处理。　 各种钢回火温度与硬度值之间的关系可从有关手册中查阅，也可采用以下经验公式估算回火温度。　　　　　　　　　　　 T（℃） =200+K（60-HRC）式中 K-系数，当回火后的硬度值30HRC时，K=11；30HRC时，K=12。　 HRC-所求的硬度值。　 2、保温时间　 为了使奥氏体成分均匀化、工件各部分温度一致，必须在淬火加热温度下保温一定时间。通常将工件升温和保温的时间称为加热时间。　 热处理的加热时间与工件的尺寸形状、加热设备及装炉量、装炉温度、钢的成分和原始组织等有关，具体的加热时间可从手册中查阅。实际工作中多根据经验估算加热时间。一般规定，在空气介质中，升到规定温度后的保温时间，碳钢按工作厚度每 1mm需（1～1.5）min；合金钢需2min。在盐浴炉保温时间可缩短（1～20倍）。　 3、冷却方法　 退火一般采用随炉冷却。正火多采用空冷。淬火冷却是关键工序，它直接影响钢淬火后的组织和性能。一方面冷却速度要大于临界冷却速度 Vk，以保证获得马氏体组织。另一方面，在保证获得马氏体组织的前提下又要尽量减缓冷却速度，以减少内应力，防止变形和开裂。为此，可根据 C 曲线，使淬火工件在过冷奥氏体最不稳定区（650℃～550℃）快冷，而在较低的温度（300 ℃～100℃）冷却速度尽可能小些。　 为了保证淬火效果，应合理选用冷却介质（如水、油等）和冷却方法（如双介质淬火、分级淬火等）。　 三、实验步骤　 1、按表16-3所列工艺条件进行各种热处理操作。全班分两组，每组一套试样（45钢试样8块、T12试样8块）。炉冷试样由实验室事先处理好。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 钢号 热 处 理 工 艺 硬度值 HRC或HRB 换算为 HBS或HV 加热温度 ℃ 冷却方式 回火温度 ℃ 1 2 3 平均 45 860 炉冷 ? ? ? ? ? 空冷 ? ? ? ? ? 油冷 ? ? ? ? ? 水冷 ? ? ? ? ? 水冷 200 ? ? ? ? 水冷 400 ? ? ? ? 水冷 600 ? ? ? ? 760 水冷 ? ? ? ? ? T12 760 炉冷 ? ? ? ? ? 空冷 ? ? ? ? ? 油冷 ? ? ? ? ? 水冷 ? ? ? ? ? 水冷 200 ? ? ? ? 水冷 400 ? ? ? ? 水冷 600 ? ? ? ? 860 水冷 ? ? ? ? ? 　　2、将同一加热温度的45钢和T12钢试样，分别放入860 ℃和 760 ℃的炉内加热，保温（15～20）min 后，分头进行水冷、油冷或空冷的热处理操作。　　3、从两种加热温度的水冷试样中各取出三块45钢和T12钢试样，分别放入200℃、 400℃、 600℃的炉内进行回火，回火保温时间为 30min 。