碳钢的热处理实验指导书(2400字)

发表于:2017.1.20来自:www.ttfanwen.com字数:2400 手机看范文

北京理工大学珠海学院-工程材料及热处理实验

工程材料及热处理

实验指导书

碳钢的热处理实验指导书

北京理工大学珠海学院机械与车辆学院

2012.10

实验三 碳钢的热处理实验

一、 实验目的

1、了解碳钢热处理的基本方法。

2、了解不同热处理方法对碳钢组织与性能的影响。

二、 实验原理

热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却, 以改变钢的组织结构, 获得所需要性能的一种工艺。不同的热处理工艺过程,会使钢得到不同的组织,从而获得所需要的性能。 钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火,,淬火和回火等。

1、钢的退火和正火

钢的退火是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3以上,保温一段时间,然后缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在高温区发生分解而得到比较接近平衡状态的组织。中碳钢(如40、45钢)经退火后组织稳定,硬度较低(HBl80~220)有利于下一步进行切削加工。

正火是将钢加热到Ac3或Acm以上30~50?C,保温后空冷。因冷却速度稍快,与退火组织相比,组织中的珠光体相对量较多,且片层较细密,所以性能有所改善。对低碳钢来说,正火后提高硬度可改善切削加工性,提高零件表面光洁度;对高碳钢则正火可消除网状渗碳体,为下一步球化退火及淬火作准备。

2、钢的淬火

淬火是将钢加热到Ac3 (亚共析钢)或Ac1 (过共析钢)以上30—50?C,保温后放入各种不同冷却介质中快速冷却(V冷应大于V临),以获得马氏体组织的一种工艺。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。

淬火必须考虑三个重要因素:淬火加热温度、保温时间和冷却速度。

(1)淬火温度的选择

正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火时的加热温度主要取决于钢的含碳量,可根据Fe-Fe3C相图确定。亚共析钢,其加热温度为Ac3+30~50~?C。过共析钢,加热温度为Ac1+30~50?C。不能任意提高加热温度。温度过高晶粒容易长大,并增加氧化脱碳和变形的倾向。各种不同成分碳钢的临界温度列于表3-1中。

(2)保温时间的确定

淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所用的加热介质、加热方法等因素有关,一般按照经验公式加以估算,碳钢在电炉中加热时间的计算可参见表3-2。

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表3-1 各种碳钢的临界温度(近似值)

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表3-2 碳钢在箱式电炉中保温时间的确定

(3) 冷却速度的影响

冷却是淬火的关键工序,直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度,以保证获得马氏体组织;在这个前提下又应尽量缓慢冷却,以减小内应力,防止变形和开裂。 可根据C曲线图,使淬火工件在过冷奥氏体最不稳定的温度范围(650~550?C)进行快冷(即与C曲线的“鼻尖”相切),而在较低温度(300—100?C)时的冷却速度则尽可能小些。

不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却能力有所差别。各种冷却介质的特性见表3-3。

3、钢的回火

钢经淬火后得到的马氏体组织质硬而脆,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。因此淬火钢必须进行回火处理。

回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。碳钢常用的回火种类、

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回火目的、回火后的组织及应用见表3-4。

表3-3 几种常用淬火介质的冷却能力

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表3-4 几种常用回火种类的应用

三、 实验用设备、仪器和材料

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1、实验设备、仪器

SX2系列箱式电炉、HR-150A型洛氏硬度计、HB—3000型布氏硬度计、20倍读数显微放大镜、淬火水槽。 2、实验工具及材料

45#试样若干、细铁丝网、细铁丝、冷却剂—水(20~30?C)、夹钳、砂纸。

四、实验内容

1、45号钢的正火、淬火与回火

(1)每4人一组,每组取3块45号钢试样,一块用作正火,另外两块用作淬火。 (2)用细铁丝网及铁丝将需淬火的试样绑扎好,另外用作正火的试样不需绑扎。 (3)将所有试样放入箱式电炉中加热至860℃,保温约20分钟。 (4)2人一组,分别进行水冷(2块)、空冷(1块)操作。

(5)将水冷试样取出1块放入400℃的炉中回火,保温时间为30分钟。 2、45号钢热处理后的硬度测试

(1)45号钢正火(空冷)后的硬度测试

将正火后的试样用砂纸磨去氧化皮,然后测量布氏硬度(测1点)。注意根据试样厚度和状态,依据实验一中的表1—1选择合适的布什硬度测试规范。将测试数据填写在表3—5中。

(2)45号钢淬火、回火后的硬度测试

将淬火、淬火+回火后的试样用砂纸磨去氧化皮,然后测量洛氏硬度(各测3点), 将测试数据填写在表3—6中。

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五、实验注意事项

1、本实验加热所用电炉,由于炉内电阻丝距离炉膛较近,容易漏电,所以电炉一定要接地,在放取试样时必须先关断电源。

2、往炉中放、取试样必须使用夹钳,夹钳必须擦干,不得沾有油和水。开关炉门要迅速,炉门打开时间不宜过长。

3、试样由炉中取出淬火时,动作要迅速,以免温度下降,影响淬火质量。

4、试样在淬火液中应不断搅动,否则试样表面会由于冷却不均而出现软点。

5、淬火时水温应保持20~30?C左右,水温过高要及时换水。

6、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面,去掉氧化皮后再测定硬度值。

六、实验报告要求

1、实验目的。

2、简述本实验操作过程。

3、将45号钢处理后的各试样的硬度测量结果填入上述表中。

4、分析45钢正火、淬火、淬火+400℃回火的组织与性能的差别。

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第二篇:碳素钢热处理 实验指导书 1700字

碳素钢热处理

一、 实验内容

(1) 表3所列工艺进行热处理操作实验。

(2) 测定热处理后试样的硬度(炉冷、气冷试样测HRB,其余试样测HRC)。

二、 实验原理

碳素钢热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。加热温度、保温时间和冷却速度,是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。

1.加热温度

(1) 退火 亚共析钢加热至Ac3+(20℃~30℃)(完全退火);共析钢,过共析钢加热至Ac1+(20℃~30℃)(球化退火),得到粒状渗碳体,硬度降低,以利切削加工。

(2) 正火 亚共析钢加热至Ac3+(30℃~50℃);过共析钢加热至Accm+(30℃~50℃),即加热至奥氏体单相区。退火和正火的加热温度范围,见图1.

(3) 淬火 亚共析钢加热至Ac3+(30℃~50℃);共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30℃~50℃),淬火的加热温度范围,见图

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图1 退火和正火的加热温度范围 图2 淬火的加热温度范围

钢的成分,原始组织及加热速度等皆影响临界点Ac1,Ac3,Accm的位置。热处理前需认真查阅有关的材料手册,按规范操作。否则,得不到预期的组织。如加热温度过高。晶粒容易长大,材料氧化,脱碳和变形而失去效能。几种碳素钢的临界点,见表1.

表1 几种碳素钢的临界点

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注:△T为过热度,取决于加热速度,一般为5℃~15℃。

(1) 回火 碳素钢淬火后需尽快回火,按热温度的不同,可分为三种:

1)低温回火 加热温度150℃~250℃,目的是得到回火马氏体。部分降低淬火应力,减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等。

2)中温回火 加热温度350℃~500℃,目的是得到回火托氏体,较多的降低淬火应力,有高的韧性和弹性极限。用于弹簧钢等热处理。

3)高温回火 加热温度500℃~650℃,目的是得到回火索氏体,消除淬火应力。强度、硬度、冲击韧度较好。淬火加上高温回火又称调质,用于重要零件,如主轴,齿轮等。

2.保温时间 为了保证工件内外均达到指定的温度,使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化,工件升温和保温所需要的加热时间要给与保证。

保温的加热时间需考虑诸多因素,可参考有关手册数据。据经验估算,按工件有效厚度在空气介质炉中每毫米碳素钢需1min~1.5min;合金钢则需2min左右。利用盐浴炉加热,时间可减半。

3.冷却速度 热处理时要充分注意不同的冷却方法,具体说:退火一般采用随炉冷却;正火(又称常化)采用出炉置于空气中冷却,大件则常常需要加吹风。

淬火工艺则较复杂。一方面要求工件冷却大于临界冷却速度,目的是得到全部马氏体组织或下贝氏体组织;另一方面又要要求工件减缓冷却速度,避免淬火应力过大,造成开裂或变形。理想的冷却是过冷奥氏体在最不稳定的温度范围内(650℃~550℃)尽快冷却,迅速渡过危险区域,而在马氏体转变温度(300℃~20℃)尽量降低冷却速度。淬火时的理想冷却曲线示意图,见图3.

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图3 淬火时的理想冷却曲线示意图

三、 实验步骤

(1) 全班分成两组,每组一套试样(45试样8块,T12试样8块)炉冷试样由实验室预先准备好。

(2) 一加热温度的45和T12钢试样放入860℃和780℃炉子内加热(炉温预先由实验室升好)保温15~20min后,分别进行水冷、油冷、气冷操作。45钢750℃水冷试样待780℃炉中试样处理完后再进行。

(3) 每组将水冷试样各取出三块45和T12试样分别放入200℃、400℃、600℃的炉内回火,回火保温时间为30分钟。

(4) 淬火时,试样要用钳子夹住,动作要快,并不断在水中搅拌,以免影响热处理质量,取放试样要预先将炉子电源关掉。

(5) 热处理后试样用砂纸磨去两端面氧化皮,然后测量硬度(HRC NRB)。

(6) 一个同学都将自己测定的硬度填入表1-3中(每个试样打三点),并记下实验的全部数据,以供分析。

四、 实验设备、仪器及材料

(1) 线切割机。

(2) 砂轮机。

(3) 各种热处理炉。

(4) 淬火油箱。

(5) 硬度计。

五、 实验结果

六、 思考题

表3 实验任务表

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