材料热处理综合实验简介.doc

材料热处理组织和硬度综合实验简介 第一章 概述 热处理在改善钢材性能，提高工件使用寿命方面起着重要的作用。例如汽车后桥半轴，经热处理后其使用寿命大为提高，达数年之久。这是因为经过热处理后，钢的内部组织发生了质的变化，从而引起了机械性能的改变，最后表现出使用寿命的延长。 钢的热处理是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。钢的热处理基本操作有退火、正火、淬火、回火等。 热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序，也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。Fe—Fe3C相图（图1）和C—曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。 （1）加热温度的选择 钢的退火、正火、淬火加热温度根据Fe—Fe3C相图确定。 ①退火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3＋(20－30)℃；共析钢和过共析钢加热至Ac1十(20－30)℃(球化退火)，目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善高碳钢的切削性能。退火和正火加热温度范围选择见图2。 ②正火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3＋(30－50)℃；过共析钢加热至Accm＋(30－50)℃，即加热到奥氏体单相区。 ③淬火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3＋(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（低于Ac3），则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足；共析钢和过共析钢加热至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(高于Accm，)，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，脆性增加。淬火加热温度范围选择见图3。 图1 Fe—Fe3C相图 图2 退火和正火的加热温度范围 图3 淬火的加热温度范围 在各种热处理手册或材料手册中，都可查到各种钢的热处理温度。各种成分碳钢的临界温度列于表l中。 表1 碳钢的临界点 类别 钢号 临界点（℃） Ac1 Ac3或Accm Ar1 Ar3 碳素结构钢 20 735 855 680 835 30 732 813 677 835 40 724 790 680 796 45 724 780 682 760 50 725 760 690 750 60 727 766 695 721 碳素工具钢 T7 730 770 700 743 T8 730 － 700 － T10 730 800 700 － T12 730 820 700 － T13 730 830 700 － ④回火温度 钢淬火后都要回火、回火温度决定于最终所要求的组织和性能(工厂中常常是根据硬度的要求)。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。一般用于高碳钢的切削刀具、量具、滚动轴承、渗碳件。 中温回火 在350－500℃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。主要用于含碳0．5％一0．8％的弹簧钢。 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为调质处理，用于中碳的结构钢，如柴油机连杆螺栓、汽车半轴以及机床主轴等重要零件。 （2）保温时间的确定 为了使钢件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，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时间算在一起，统称为加热时间。 热处理加热时间必须考虑许多因素，例如工件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时炉子温度，钢的成分和原始组织，热处理的要求和目的等等。具体时间可参考热处理手册中的有关数据。 保温时间（min）的经验公式（式1－1） τ＝KD （1－1） 式中：K为加热系数，一般K＝1.5－2.0min/mm，若装炉量大，则可延长保温时间；D为工件有效厚度（mm）。碳钢在电炉中加热时间的计算列于表2。 表2 碳钢在箱式炉中加热时间的确定 加热 温度 (℃) 工 作 形 状 圆 柱 形 方 形 板 形 保 温 时 间 分钟/每毫米直径 分钟/每毫米厚度 分钟/每毫米厚度 700 800 900 1000 1.5 1.0 0.8 0.4 2