金属热处理实验指导书.doc

《金属热处理》实验指导书 材料成型及控制专业 沈阳理工大学应用技术学院 机运分院目 录 一、实验目的 １ 二、实验设备和仪器 １ 三、实验内容及要求 １ 四、实验原理及步骤 １ 五、实验结果分析及实验报告要求 ４ 六、考核方式 ５ 七、参考书目： ５ 钢的热处理及硬度实验 一、实验目的 了解钢的热处理操作及硬度实验原理，正确设计、制定钢的淬火工艺，利用热处理炉和硬度计进行碳钢的热处理，并用硬度计检测硬度，分析硬度与热处理工艺的关联性，从而增强对热处理原理与工艺的感性认识，加深对热处理的了解。） 通过实验，使学生加深对课堂教学内容的理解，掌握热处理的基本原理和工艺基本知识，熟练使用热处理相关仪器设备。同时可逐步提高从事本专业科学研究实验以及分析和解决实际工程问题的动手能力；提高学生将理论与实践相结合的能力。 二、实验设备和仪器 1、洛氏硬度计若干台。 2、热处理管式炉、箱式炉若干台。 3、碳钢试样若干。 三、实验内容及要求 实验内容：学生自行设计制定不同成分碳钢的热处理工艺，进行热处理操作，进行硬度检测实验，分析碳钢热处理工艺对组织性能的影响规律，撰写完整的实验分析报告。 实验要求：要求学生了解碳钢普通热处理(退火、正火、淬火、回火)的操作方法；了解钢在热处理时含碳量、加热温度、加热时间、冷却速度及回火温度等主要因素对钢热处理后组织与性能的影响；明确热处理过程中的操作注意事项；制订热处理工艺过程、设计操作步骤、确定工艺参数(如加热温度、保温时间、冷却速度等)；了解钢普通热处理(退火、正火、淬火、回火)下的金相组织变化和性能变化，建立金相组织、性能与热处理工艺关系的感性认识；使学生具备在指定工作条件下制定热处理工艺，以及通过热处理实践操作、硬度检测等实验过程，对相应的工艺进行初步实验、分析的能力。为今后的学习与实践奠定理论与实践的基础。 四、实验原理及步骤 １．实验原理 （1）碳钢的热处理工艺种类 热处理是改善金属材料的使用性能和加工性能的一种非常重要的工艺方法。在机械工业中，绝大部分重要的机件都必须经过热处理。热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。碳钢的热处理工艺种类有退火、正火、淬火、回火等，其目的和操作各不相同。淬火、回火一般可提高钢的硬度强度，正火退火一般为预备热处理，可改善材料工艺性能及力学性能。为了使钢件在热处理后获得所需要的性能，大多数热处理工艺（如淬火、正火和普通退火等）都要将钢件加热到高于临界点温度，以获得全部或部分奥氏体组织并使之均匀化，这个过程称为奥氏体化。然后通过不同的冷却制度，使奥氏体转变为不同的组织（包括平衡组织与不平衡组织），从而获得所需的性能。 亚共析钢、过共析钢的奥氏体形成，以及先共析铁素体或二次渗碳体继续向奥氏体转变或溶解的过程，只有加热温度超过A3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）后，才能全部转变或溶入奥氏体。特别地，对过共析钢，在加热到Acm以上全部得到奥氏体时，因为温度较高，且含碳量多，使所得的奥氏体晶粒明显粗大。 （2）碳钢的热处理工艺制定原则 亚共析钢淬火：淬火温度为Ac3+30-50℃。 共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+30-50℃。如图1所示。 图1碳钢淬火温度范围。 （3）硬度测试原理 硬度是衡量材料软硬程度的指标。目前工程上，测定硬度最常用的方法是压入法，该方法所表示的硬度是指材料表面抵抗硬物压入的能力。 硬度试验设备简单，操作迅速方便，又可以直接在零件或工具上进行试验而不破坏工件，并且还可以根据硬度值估计材料的近似抗拉强度和耐磨性。此外，硬度与材料的冷成型性、切削加工性、可焊性等工艺性能间也存在着一定的联系，可作为选择加工工艺时的参考。由于以上原因，所以硬度试验在实际生产中作为产品质量检查、制定合理加工工艺的最常用的重要试验方法。在产品设计图样的技术条件中，硬度也是一项主要技术指标。 测定硬度的方法很多，生产中应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。 布氏硬度 布氏硬度试验通常是以一定的压力F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d的压痕，见图2-2。载荷除以压痕表面积所得之值即为布氏硬度，以HB表示。单位为MPa，但习惯上不标出。用钢球为压头所测出的硬度值以HBS表示；以硬质合金球为压头所测得的硬度值以HBW表示，HBS和HBW前面的数字代表其硬度值。HBS适用于测量退火、正火、调质钢