金属材料热处理 实验指导 超级集合.doc

实验一 钢材成份、热处理工艺与性能之间关系的认识 一、实验目的 初步了解热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）的基本操作方法； 初步了解在相同热处理条件下，碳钢的含碳量与硬度之间的关系； 初步了解在成份相同的条件下，热处理工艺对硬度的影响； 掌握测量硬度方法。 二、实验说明 在纯铁中加入2.11%以下的碳，既为碳钢。碳钢的性能除了与生产条件和含碳量有关外，还与其热加工工艺有密切的关系。钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。普通热处理有退火、正火、淬火、回火等。现用锯条作演示，观察“四火”的差异。 三、实验内容 1、热处理工艺试验 ①退火：加热到780℃，保温10′后，随炉冷却，此时锯条柔软，极易弯曲。 ②正火：加热到780℃，保温10′后，出炉在静止的空气中冷却，此时锯条较硬，仍可弯曲，但反复几次后就断成两截。 ③淬火：加热到780℃，保温10′后，迅速出炉在水中或油中冷却，此时锯条性能又硬又脆，极易折断不弯曲。 ④回火：把淬火后的锯条，再加热到420℃，保温1h后，出炉空冷此时锯条强韧性高，脆性降低。 2、硬度试验 生产中常用的硬度有和布氏硬度洛氏硬度。 ①布氏硬度：主要设备有布氏硬度计和读数显微镜。常用HB-3000型布氏硬度计。试验时，将试样放到载物台上，选择一载荷P（公斤）加载，把直径D（mm）的钢球，压入试样表面并保持一定时间，然后卸去载荷，用读数显微镜（20倍）测出压痕直径d（mm），查表即得硬度值（见附录Ⅱ）。 注意：布氏硬度计只能测量硬度较软的退火、正火工件，不能测硬度较硬的淬火、回火工件。②洛氏硬度：主要设备有洛氏硬度计。一般常用HR-100型洛氏硬度计，其原理是测量试样表面“残留”的压印深度，最常用两种洛氏硬度： HRC—压头为金刚石圆锥体，沿直径截面的顶角为120o，总载荷为150公斤，适用于淬火钢、回火钢、钛合金等硬度较高的试样 ●HRB—压头采用直径为1.6mm的钢球，总载荷为100公斤，适用于退火钢、铜合金、铝合金等硬度较软的试样。硬度值可直接从硬度计的表盘刻度上读出。 洛氏硬度的压印很小，可测较薄材料，但对铸铁、轴承合金等材料，不宜采用。 四、实验设备及材料 1、加热炉、淬火水槽、淬火油槽、布氏硬度计、读数显微镜、洛氏硬度计； 2、锯条、20、45、T8或T12钢试样。 五、实验方法及步骤 全班分成四组，进行下列试验： 1、锯条的热处理演示； 2、每组领取三个退火试样，测量布氏硬度； 3、每组领取四个试样（经淬火和不同温度回火），测量洛氏硬度。 六、实验报告要求 1、把硬度值记录在表1-1和表1-2中， 表1-1 不同成份钢退火后硬度 钢号 20 45 T8（T12） 布氏硬度HB 表1-2 45钢淬火及回火硬度 热处理工艺 正常淬火840℃ 低温回火180℃ 中温回火420℃ 高温回火600℃ 洛氏硬度HRC 2、问题： 在相同的热处理条件下，含碳量对钢材性能有何影响？ 成份相同的钢材，在不同热处理条件下，性能有何变化？ 实验二 钢中显微组织缺陷及非金属夹杂物的鉴定 一、实验目的 了解钢中常见的几种显微组织缺陷的特征； 了解钢中常见非金属夹杂物的特征及金相鉴定方法。 二、实验说明 （一）钢的显微组织缺陷 钢的显微组织缺陷对其机械性能、工艺性能均有很大的影响。常见的缺陷有下列几种： 脱碳 钢在加热和保温时，由于氧化作用是表层的碳全部或部分丧失的现象。全脱碳的组织为铁素体，部分脱碳后的组织为铁素体加渗碳体。钢的脱碳大大降低表面硬度、耐磨性和疲劳极限。在保护气氛中加热或缩短钢材在炉中高温停留时间，均可减轻脱碳现象。 过热过烧 热处理时，加热温度过高引起使晶粒长大现象称过烧。它使钢的机械性能尤其是冲击韧性下降，可以通过退火予以矫正。当晶界发生氧化或熔化现象时，即为过烧。过烧后的工件只能报废而无法使用。 3、三次渗碳体 含碳量接近0.02％的碳钢，热处理过程中，在700℃～300℃实行缓慢冷却，三次渗碳体将沿铁素体晶界析出，它的出现使钢的塑性显著降低。在上述温度范围内快速冷却，可防止发生。 4、魏氏组织 铁素体或二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，成方向性分布即魏氏组织。魏氏组织的存在板由晶粒粗大，使钢的机械性能下降，可通过退火或正或予以消除。 5、带状组织 热加工后的低碳钢显微组织中铁素体和珠光体沿加工方向呈层状平行交替排列，称为带状组织。带状组织使钢的性能呈各向异性，并降低塑性和韧性，硬度不均匀。由合金元素偏析带来的带状组织可通过高温长时间加热后快冷的方法予以改善。 6、网状碳化物 碳素工具钢、和经哦年工具钢、铬轴承钢等材料若热加工时温度过高、冷速过慢，碳化物就会沿晶界析出呈网状碳化物。网状碳化物的存在