35CrMnSi铸钢的组织和性能研究解读

1、佳木斯大学本科毕业设计（论文）论文题目作者姓名佳木斯大学毕业论文（设计）论文题目35CrMnSi铸钢组织和性能研究学院材料科学与工程年级2011级专业材料成型及控制工程学生姓名 唐庆宇学号11080140219指导教师李俊刚畐燉授佳木斯大学毕业论文（设计）论文题目35CrMnSi铸钢组织和性能研究学院材料科学与工程年级2011级专业材料成型及控制工程学生姓名 学号11080140219指导教师 佳木斯大学摘要本课题通过10kg中频炉进行熔炼，浇注35CrMnSi铸钢试样。采用 930 C淬火+630C回火，870C退火热处理。采用倒置式显微镜观看铸态和热处理之后试样的金相组 织，用ZBC-30

2、0B全自动金属摆锤冲击试验机测试铸态和热处理之后试样的冲击韧性，用 布氏硬度仪测试铸态和热处理之后试样的硬度，采用微机控制电荷伺服万能试验机测试 铸态和热处理之后试样的拉伸性能。结果表明：铸态的35CrMnSi铸钢的组织为铁素体+珠光体，采用930E淬火+630E 回火热处理工艺的35CrMnSi铸钢的组织为回火索氏体，采用 870C退火热处理工艺之后 的35CrMnSi铸钢的组织为铁素体+珠光体。铸态的35CrMnSi铸钢试样的冲击韧性值为 42J/cm2,采用930C淬火+630C回火 热处理工艺的 35CrMnSi铸钢的冲 击韧性 值为 121J/cm2，采用870E退火热处理工艺之后

3、35CrMnSi铸钢的冲击韧性值为174J/cm?，实 验表明热处理之后的 35CrMnSi铸钢的冲击韧性要高于铸态的35CrMnSi铸钢。铸态的35CrMnSi铸钢试样的硬度为193HBW，采用 930 C淬火+630T回火热处理工艺的35CrMnSi铸钢的硬度为137HBW，采用870E退火热处理工艺之后的 35CrMnSi铸钢的 硬度为155HBW，实验表明热处理之后的35CrMnSi铸钢的硬度低于铸态的 35CrMnSi铸 钢。铸态的35CrMnSi铸钢的抗拉强度为300MPa,采用930E淬火+630E回火热处理工艺 的35CrMnSi铸钢的抗拉强度为500MPa。关键词：35CrM

4、nSi铸钢；显微组织；热处理；性能AbstractThis paper is concerning about casting 35CrMnSi steel specimen by smelting in 10kg IF furnace. The specimen goes through 930 C + 630 C quenching and tempering, 870 C ann eali ng. The specime n has good mecha ni cal properties, high stre ngth, sufficie nt tough ness, good har

5、denability, weldability and formability after beging treadted heatly. 35CrMnSi steel is very harde nabilized material and it owes stre ngth, hard ness, tough ness and fatigue stre ngth of good mechanical properties after appropriate heat treatment, which can adapt to a more complex coal producti on

6、work ing con diti ons. Metallographic sample was observed after the heat treatme nt. Compari ng the tough ness and hard ness of specime n which after heat treatme nt with non-heat-treated specime ns.The results show that: Mecha ni cal properties of 35Cr MnSi steel obviously improved after dealed wit

7、h 930 quenching +630 Tempering heat treatment process and 870 annealing heat treatme nt tha n that it is in the cast state.Key words: 35Cr MnSi steel; microstructure; property第II页目录摘要IAbstractII.第1章绪论11.1课题的目的和意义11.1.1课题的目的11.1.2课题的意义11.2课题背景11.3文献综述21.3.1铸造低合金钢的发展概况 21.3.2 35CrMnSi合金钢制作工艺 21.3.3 35

8、CrMnSi合金钢的应用 61.4 本领域存在的问题 71.5本课题主要研究内容 7第2章实验材料及方法 82.1实验材料82.235CRMNSI铸钢的成分确定以及配料 82.3实验设备及仪器 92.4实验原理及方法92.4.1实验原理92.4.2实验方法 92.5实验步骤102.5.1 35CrMnSi铸钢试样的制备 102.5.2熔炼浇注 112.5.3 清砂122.5.4热处理工艺方案的确定132.5.5打磨试样152.5.6 冲击实验 152.5.7硬度试验 162.5.8拉伸试验172.5.9金相试样的磨制17第3章铸态和热处理后组织及分析203.1金相实验结果20第III页3.2金

9、相组织分析23第4章性能结果及分析244.1冲击试验结果244.2布氏硬度实验结果244.3拉伸试验实验结果254.4冲击韧性实验分析274.5布氏硬度实验分析 284.6拉伸试验的分析29结论31致谢32参考文献33第IV页佳木斯大学本科毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题的目的和意义1.1.1课题的目的35CrMnSi钢是一种低合金模具钢，通过热处理后获得优异性能。制备试样研究 35CrMnSi铸钢的组织、性能、热处理工艺等。1.1.2课题的意义35CrMnsi钢在煤矿业的应用很广泛。例如：采煤机截齿是截割煤岩的刃部,它由35CrMnsi钢锻造齿体上钎焊 YG13C硬质合金齿头组合而成。采

10、煤机工作时，截齿遭受 严重磨损。35CrMnsi钢齿体钎焊的硬质合金齿头具有承载和抵抗磨损的作用，截齿 的工作应力复杂。不仅受压应力、弯曲应力作用，而且在遇有杂矿等硬的矿物时还受 冲击载荷作用，这往往造成齿头早期脱落，加速截齿的磨损失效。由于采煤截齿钎焊 质量不佳，全国每年造成十分巨大的经济损失，不仅造成截齿的巨大消耗和提高煤炭 生产成本，同时由于更换截齿，延误工时造成采煤机效率下降。关于截齿钎焊已取得 了一定的成果，但齿头早期脱落的现象仍很严重，间题依旧存在。因此，采煤机截齿 钎焊质量仍是一个急待解决的研究课题。通过改善钢的组织来改变钢的力学性能，提 高生产力，推动社会经济的发展。1.2课题

11、背景碳钢是传统的铸钢材料，应用面很广，但其性能仍有一些不足之处，不能充分满 足现代工业对铸件质量的要求。在工程和结构用铸件方面，各种低合金钢的发展弥补 了铸造碳钢的不足，这种不足主要表现在以下三个方面 2: 铸造碳钢强度的提高，只能靠增高碳含量。可是，钢中的碳含量提高以后，塑 性和韧性下降、可焊性恶化，用此种方式提高强度的幅度是极其有限的。为避免高碳 含量带来的问题，现在碳钢实际上已演变为低锰钢。对强度、塑性和韧性有更高的应 采用加有其他合金元素的低合金钢。加入合金元素可显著改善淬透性碳钢铸件适用温度范围较窄。低温性能尚好，在 -45C仍具有较好的塑性和韧 性，但强度并不高：温度在 300C以

12、上，强度急剧下降。用于高温或超低温条件时都应 增加合金元素。1.3文献综述35CrMnSi钢是低合金超高强度钢,热处理后有好的综合力学性能，高强度，足够的 韧性，淬透性，焊接性，加工成型性均较好。35CrMnSi钢是淬透性较好的材质，经适当的热处理后可得到强度、硬度、韧性和疲劳强度较好的综合力学性能，能适应采煤 生产较复杂的工况条件。本次试验采用930E淬火+630E回火，870C退火热处理。热处理后有好的综合力 学性能，高强度，足够的韧性，淬透性，焊接性,加工成型性均较好。1.3.1铸造低合金钢的发展概况铸钢在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料。有的文献提到，最早的液态炼 钢大约在公元50

13、0年出现于印度，但有可靠记载的是1750年英国人Benjamin Huntsman的 工作，他在坩埚炉及耐火材料方面做出了重要的改进，从而炼成了钢，但其具体情况 不详3。第二次世界大战以后，科学技术迅猛发展，经济增长之快是前所未有的。在这 一总的形式，低合金铸钢在铸钢工业中应用日益广泛。35CrM nSi钢作为一种低合金高强钢在冶金、矿山设备、船舶、汽车、航空航天设 备、工程设备上应用广泛。1.3.2 35CrMnSi合金钢制作工艺(1) 熔炼过程的控制要点我国目前的冶炼设备主要是以电炉为主，而电炉又是以电弧炉为主导，碱性电弧 炉氧化法炼钢有其独特的优势。因而运用碱性电弧炉氧化法冶炼低合金钢，

14、需要控制 好熔炼过程的各项操作。1）原材料的控制不同的钢种对原材料的要求不同，要炼好一炉钢，首先要保证炉料配制的技术要 求，配料的准确性包括炉料重量及配料成分两方面。配料重量不准，容易导致冶炼过 程化学成分控制不当或造成铸件浇不足等废品，也可能出现过量的浇余而增加消耗。 炉料化学成分配得不准，会给冶炼操作带来极大困难，严重时将使冶炼无法进行。因此，配料过程中，在确保重量与计划安排无误的情况下，主要考虑钢种规格成 分、冶炼方法、元素特征及工艺的具体要求来控制炉料的化学成分。首先，根据钢种 的规格成分，碳的配定要保证熔化期碳的烧损及氧化期的脱碳量，还要考虑还原期补 加合金和造渣制度对钢液的增碳。其

15、次，合金元素的配制要依据冶炼方法的不同而有 所区别。氧化法炼钢时，合金通常不宜与炉料一起装炉，一些合金元素熔点高，不易 氧化，可按钢种规格下限配入，并与炉料一起装炉，但合金料应注意避开电极电弧 区，以减少它们的挥发。最后，对炉料中磷、硫成分的控制尤为重要，除磷、硫钢 外，一般钢中的磷、硫含量均是配得越低越好，但顾及钢铁料的实际情况，磷、硫的 配定以不超过规格要求为限。2）熔化期的控制5熔化期的主要任务是以最少的电耗将固体炉料迅速熔化为均匀的液体。炉料熔化 的同时，熔池中也发生各种各样的物化反应，主要有元素的挥发和氧化、钢液的吸 气、热量的传递与散失以及夹杂物的上浮等。因此，熔化期提前造渣覆盖于

16、钢液面 上，既可减少散热，减少钢液的吸气量，又可促使夹杂物的上浮等。熔化期的正确操 作，可以把钢中的磷去除 60%左右。对于低合金钢来说磷是钢中的有害元素，在冶炼 过程中，要尽量降低钢中的磷含量，一般优质钢中要求PV0.030%,而高级优质钢中的第3页佳木斯大学本科毕业设计(论文)磷要求PvO.015%,极特殊的要求PvO.005%。常规脱磷的有利条件是高碱度、高氧化性及流动性良好的熔渣和中等偏低的温 度。因此，熔化期操作是如何提前造好熔化渣。首先，在炉料装炉前就在炉底垫入料 重1% 2%勺石灰及少量的铁矿石，或在炉料大半熔时分批加入料重1%勺氧化铁皮或矿石粉，从中提高熔化渣的氧化能力；其次，

17、在炉料大半熔或全熔后扒除部分熔化渣， 对于高磷炉料或磷规格要求较严格的钢种，也可全部扒除，然后重造新渣，脱磷效率 可达50%- 70%是强化脱磷行之有效的好办法。3）氧化期控制低合金钢氧化期的操作与普通碳素钢操作相似，在不配备炉外精炼的条件下，电 炉氧化期主要任务是继续并最终完成钢液的脱磷任务，使钢中磷降到规定的允许含量 范围内；在脱碳过程中去除钢液中的气体和非金属夹杂物；加热并均匀钢液温度，为 钢液的还原期操作创造条件。常规脱磷的操作均在熔化末期与氧化初期集中进行，这 时的熔池温度适宜，只要大力创造高碱度、高氧化性及流动性良好的熔渣就可以了4）还原期的控制要点碱性电弧炉还原期主要任务是脱氧、

18、脱硫、合金化和调整钢液成分以及最后调整 钢液温度。事实上，还原期各项任务的完成是相互联系、同时进行的。钢液脱氧好， 有利于脱硫，且化学成分稳定，含金元素的收得率也高，因此脱氧是还原期精炼操作 的关键环节。氧化期任务完成后，应快速扒净全部氧化渣，如果氧化渣不扒净，在还 原期就会出现回磷。扒除氧化渣后，加入钢液重量22.5%的造渣材料，然后用最大电流使其迅速熔化。薄渣形成后即可开始加入还原剂，造还原渣以脱氧和脱硫。i脱氧脱氧方法有沉淀脱氧和扩散脱氧。沉淀脱氧法是向钢液中加入比铁更容易氧化的 元素，使溶解于钢液中的FeO还原，生成不溶于钢液的新的氧化物，并把氧化物去除。扩散脱氧是利用氧在钢液和渣中溶

19、解度的不同，使氧向渣中扩散。在生产实际中，沉淀脱氧速度快，但脱氧产物排除不充分；而扩散脱氧反应的脱 氧产物是进入炉气中或被熔渣吸收，这样不易玷污钢液，钢水较纯净，但扩散脱氧反 应是在渣中或渣钢界面上进行，氧从钢液内部向渣中扩散转移速度较慢。为了克服各 自的缺点，集中优点来完成钢液的脱氧任务，在操作过程中，通常采用综合脱氧法。 其操作特点是：扒除氧化渣造稀薄渣后，立即加入锰铁或硅锰铝进行脱氧，然后再造 白渣进行扩散脱氧。综合脱氧的效果良好，目前低合金钢种已普遍采用。ii脱硫对于低合金钢来说，硫是一种有害的元素，炼钢时要最大限度地去除钢中的硫0钢中的硫主要是以FeS的形式存在，在炼钢温度下，FeS

20、在钢液和渣中的溶解度都很 大。在炼钢过程中，硫除以 FeS的形式存在外，还有 MnS、CaS MgS等硫化物，它 们都比FeS稳定。且MnS在钢液中溶解度很小，而 CaS、MgS几乎不溶于钢中，却都 能溶于渣中。因此，脱硫的基本原则就是把溶解于钢液中的FeS转变成不溶于钢液而却能溶于渣中的比FeS更稳定的硫化物。即将 FeS转变成CaS后进入渣中，从而达到 去除钢中硫的目的。脱硫反应是一个在钢渣界面上进行的多相反应，反应式为1-1:FeS + (CaO) (CaS) +FeO(1-1)在有碳、硅等脱氧剂的熔渣中，脱硫反应式为1-2，1-3:FeS+(CaO)+ C (CaS)+Fe+CO T(

21、1-2)2FeS+2(CaO)+Si (CaS)+2Fe+(SiO2)(1-3)反应生成的CO逸出炉外，SiO2与CaO结合成稳定的 熔于渣中。在炼钢温度 下，脱硫反应本身的速度是很快的，它的限制性环节一般认为是脱硫产物在渣内的扩 散过程，因此，凡是改善和促进硫化物在渣中扩散的条件，都能加快去硫的速度。脱硫往往伴随着脱氧造渣操作一并进行，根据生产实际，还原期操作应注意以下 几方面的措施：首先，由于脱硫是吸热反应，提高全扒渣温度有利于反应的进行，温 度的提高还能使稀薄渣形成速度快，改善脱硫的动力学条件；其次，提高还原渣的碱 度，一般要求渣的碱度R应在2.53.5之间，在渣量合适，流动性良好的情况

22、下，尽 量提高碱度，使脱硫反应朝有利的方向进行；第三方面，加强熔池的搅拌，特别是在 还原的中后期，当钢液中的硫含量较低时，脱硫反应经常达不到平衡，通过搅拌来强 化硫的扩散，以改善脱硫的动力学条件。最后，一炉钢炼好后，在出钢过程中，利用渣钢的激烈搅拌来扩大渣钢间的反应界面，可使脱硫反应条件得到显著的改善。因此，电炉炼钢出钢操作时，应采取渣钢 混出，大口喷吐、快速有力的方式出钢，可继续脱硫3050%。另外，利用稀土元素脱硫、去气和净化钢水的作用 9，在出钢时加到钢流或钢包中，通过与钢液的充分混合后，能起到脱氧、脱硫和改善流动性，细化晶粒与改善铸 态组织，减少热裂倾向。(2) 铸件清理控制要点10低

23、合金钢铸件根据一定时间后开箱清理，由于低合金钢铸件容易热裂的特点，在铸件去除浇道和冒口时应注意应力的消除。如果在铸件开箱冷却后直接用氧炔焰气割 浇注系统及冒口和补贴，铸件气割面会产生大量裂纹，造成铸件报废。因而，铸件开 箱后只能先去除浇道管部分，其它如冒口和补贴部位则不去除，而是先将其一同进退 火炉进行去应力退火，退火温度一般要求600650 C左右，保温46小时后随炉冷却，温度降到300E时立即进行热割去冒口。热割后，冒口根部要用草木灰等保温材料 覆盖，或用原冒口压在上面，让其自然冷却，一般要 12小时后方可将冒口调离。铸件 补贴位置可不气割，而是直接用机床车去。1.3.3 35CrMnSi

24、合金钢的应用用于制造中速、重载、高强度的零件及高强度构件，如飞机起落架等高强度零件、高压鼓风机叶片，在制造中小截面零件时，可以部分替代相应的铬镍钼合金钢使 用。35CrMnSi钢作为一种低合金高强钢在冶金、矿山设备、船舶、汽车、航空航天设备、工程设备上应用广泛。1.4本领域存在的问题35CrMnSi钢具有高强度、足够的韧性、淬透性、焊接性、加工成型性均较好、热 处理后有好的综合力学性能、但耐蚀性和抗氧化性能低，可以低温回火或等温淬火后 使用。35CrMnSi钢是淬透性较好的材质，经适当的热处理后可得到强度、硬度、韧性 和疲劳强度较好的综合力学性能。但是，需要保证铸钢的可焊性，因为合金元素度钢

25、的可焊性有着负面的影响。炼钢的缺陷使钢的成品率比较低，在生产时应有效地防止 铸件缺陷的产生，尤其是减少铸件裂纹的产生，减少废品损失，提高了企业的经济效 益11。1.5本课题主要研究内容(1) 确定35CrMnSi铸钢成分；配料按3公斤配置35CrMnSi铸钢。原材料有废钢、 铸造生铁、硅铁、锰铁、铬铁、石墨粉；(2) 混砂、造型制备抗冲击试样(10X 10X 55)，用中频炉熔炼，浇注试样，磨金相 试样，用倒置式金相显微镜观察金相，测试冲击韧性、硬度； SEM观察断口；(3) 确定热处理工艺，观察热处理后试样金相，测试热处理后试样的冲击韧性、硬 度；与未热处理试样对比；第7页佳木斯大学本科毕业

26、设计（论文）第2章实验材料及方法2.1实验材料原材料有废钢、铸造生铁、铬铁、锰铁、硅铁；参数如下表2-1表2-1实验材料参数表材料名称化学成分（%）CCrMnSiSP废钢0.200.100.250.150.100.01铸造生铁4.141.200.831.710.0270.063铬铁一70一一一一锰铁一一65一一一硅铁一一一75一一2.2 35CrMnSi铸钢的成分确定以及配料确定35CrMnSi铸钢成分；配料按3公斤配置35CrMnSi铸钢。35CrMnSi铸钢化学成分含量见表2-2，35CrMnSi铸钢的配料见表2-3。表2-2 35CrMnSi铸钢化学成分成分名称CCrMnSiS、p成分含

27、量（%）0.320.391.101.400.801.101.101.40 0.025表 2-3 35CrMnSi铸钢的配料材料名称废钢铸造牛铁铬铁锰铁硅铁材料质里（kg）2.900.100.0510.030.0452.3实验设备及仪器（1 ）熔炼浇注过程：10kg中频炉（2）热处理：箱式热处理炉（3）硬度测试：布氏硬度计（4）力学性能、冲击韧性测试：万能力学性能试验机；冲击试验机（5）金相制样：砂轮机；抛光机（6）显微组织观察：金相显微镜2.4实验原理及方法2.4.1实验原理根据热处理工艺将试样进行热处理，得到的热处理试样进行硬度、抗拉强度、冲 击韧性实验，得出实验数据，与铸态试样的实验数据作

28、比较得出实验结论。观看热处 理试样的金相组织与铸态的金相组织，对比组织成分。2.4.2实验方法以废钢、铸造生铁、铬铁、锰铁、硅铁为原料，进行配料，用 10kg中频炉熔炼, 浇注35CrMnS i铸钢实验试样（10mm X 10mm X 55mm），通过热处理炉将试样进行热处 理，得到930E淬火+630E回火热处理试样和870C退火热处理试样，通过硬度试验、 冲击实验、抗拉强度试验得出实验数据，分析实验数据。观看金相组织，确定金相成 分。2.5实验步骤2.5.1 35CrMnSi铸钢试样的制备（1）型砂的选取12本实验造型采用普通的粘土砂造型，粘土砂的优点：粘土湿型砂混好后，一经舂 实铸型即具

29、有相当高的强度。脱模时，能保持模样或芯盒赋予的形状。在正常的搬运 及合型过程中不致变形，并能承受浇注金属液时的冲测和金属液静压力的作用。另 外，粘土湿型砂一经混好，只要水分不蒸发过多，可以在相当长的时间内保持上述性 能。因此，粘土湿型砂制成的型或芯子很易于修补，混好的型砂存放在砂斗中经两三 天甚至更长的时间仍然可用。粘土是天然的产物，其贮量丰富，几乎各地都有矿藏， 价格低廉，货源充足。比其他的型砂具有较高的经济性。所以本实验采用平普通粘土 砂造型。（2）造型首先，将选好的型砂、粘土、水放到碾轮式混砂机中进行混砂，混至均匀后，将 型砂放出，进行手工造型。造好的型腔如下图 2-1所示。第9页佳木斯

30、大学本科毕业设计(论文)图2-1造好的型腔2.5.2熔炼浇注采用10kg中频炉进行熔炼，因为中频炉具有以下优点：(1) 熔化速度快，生产效率高；(2) 使用简单方便灵活好用，可以把炉内的钢水倒尽，重新熔炼改变钢种；(3) 与工频炉相比，驼峰较低，搅拌不太强烈，利于提高炉子寿命和钢水质量。根据以上的优点，所以本次试验采用中频炉熔炼。中频炉如图2-2所示。图2-2 10kg中频炉将钢水熔炼好后出炉前加铝丝(0.01%0.015%)来进行脱氧，出炉温度应在1600C左右；高碳低合金钢为了避免出现、粘砂、碳化物和枝晶粗大，所以要采用高 温出炉、低温浇注、采用快浇方法。但是往往浇注过程中出炉温度远高过浇

31、注温度， 为了降低浇注温度，第一种方法是熔化时控制温度，第二种方法是在出炉后使钢水在 浇包中平稳一段时间使温度降低13。除渣剂除了在中频炉中加入之后进行扒渣，还要在浇包内钢水中加入少许除渣剂 和煤粉，进行扒渣，煤粉作用吸收还原性气体可以防止铸件表面粘砂缺陷，改善铸件 的表面光洁度。2.5.3清砂将浇好的铸型进行清砂处理，打掉浇冒口及浇注系统，取出试样。把打下的废料 进行整理，把砂箱放到砂箱原来的摆放处，待试样冷却后，分类整理。第11页佳木斯大学本科毕业设计（论文）254热处理工艺方案的确定根据实验要求确定热处理方案，具体方案过程见下表2-4表2-4热处理工艺方案万案一930C淬火（水淬）+63

32、0 C回火2h万案一870 C退火2h淬火的目的是提高工具零件和其他高强度耐磨零件的强度、硬度和耐磨性；结构钢通过淬火和回火之后可以获得良好的综合机械性能。本实验才采用淬火+回火的热处淬火介质就是为了实现淬火目的所使用的冷却介质。可以减少淬火过程中所产生 的内应力，避免淬火变形、开裂的发生。退火的热处理工艺是将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持 一定时间，然后缓慢冷却达到接近平衡状态组织。他的目的在于均匀化学成分，改善 机械性能和工艺性能、减小或消除内应力，使零件达到合适的内部组织。热处理工艺方案一曲线如下图2-3所示。第19页930T?时间h图2-3 930 C淬火+630

33、C回火热处理工艺曲线热处理工艺方案二曲线如下图2-4所示870 r时间图2-4 870 C退火热处理工艺曲线255打磨试样将试样用砂轮机把表面的氧化皮打磨掉。打磨试样时，注意安全。正确使用砂轮 机。将打磨好试样贴好标签。2.5.6冲击实验冲击实验是研究材料对于动载荷抗力的一种实验。由于加载速度过快，使材料的 内应力瞬间提高，变形速度影响材料的机构性质，所以材料对动载荷作用表现出另一 种反应。常常静载荷下具有很好的塑性，在动载荷下会呈现出脆性 15 0本实验采用ZBC-300B全自动金属摆锤冲击试验机，对试样加载冲击载荷测试 采用的冲击试验机如图2-5所示。图2-5冲击试验机257硬度试验硬度测

34、试是检测材料性能的重要指标之一，也是最快速最经济的验方法之一。之 所以能成为力学性能试验的常用方法，是因为硬度测试能反映出材料在化学成分、组 织结构和处理工艺上的差异16。常被作为监督手段应用于各行各业。例如在钢铁材料 中，当马氏体形成时，由于溶入过饱和的碳原子而增大了晶格畸变，增加了错位密 度，从而显著降低了塑性变形能力，这就是马氏体高硬度的原因。显然含碳量越高这 种畸变程度就越大，则硬度也越高，不同含碳量的钢在淬火后，硬度值与马氏体量及 其含碳量间在很大范围内有很好的对应关系，淬火钢回火后的硬度取决于回火温度及 保温时间。回火温度越高，保温时间越长，硬度越低。因此可以利用硬度试验来研究 钢

35、的相变和作为检测钢铁热处理效应的手段17。本实验采用布氏硬度仪对试样进行测试，采用压头10mm，3000kgF载荷，保压20秒。布氏硬度仪如图2-6所示。图2-6布氏硬度仪258拉伸试验单向静拉伸试验是工业上应用最广泛的金属力学实验方法之一。通过拉伸试验可 以揭示金属材料在静载荷作用下的力学行为，即弹性变形、塑性变形和断裂；还可以 测定金属材料的最基本力学性能指标18。实验采用微机控制电荷伺服万能试验机，型号STH460SD,最大载荷600KN。试样尺寸结构如图2-7所示图2-7拉伸试样尺寸259金相试样的磨制在科研和实验室中，人们经常采用金相显微镜对金属材料进行观察和检测，来控 制材料的组织

36、和性能。在进行金相显微观察时，首先要制备金相试样，若试样制备的 不当，就观察不到正确的组织，同样也得不到正确的结论。金相试样的制备过程：取样、磨制、抛光和浸蚀。取样：分别从35CrMnSi铸钢铸态、930C淬火+630C回火、870E退火三种不同状 态的试样中选出具有代表性的试样。磨制：选取的试样表面上的一个较光滑平面进行磨制。磨制分为粗磨和细磨。粗 磨是用砂轮机将选取的表面打平棱角打掉。然后采用砂纸进行细磨。分别采用 400,800, 1000,1500牌号的砂纸进行磨制，每换一道砂纸进行磨制时试样旋转90。细磨的图片如图2-8所示图2-8细磨试样抛光：将磨好的试样表面放在抛光机上进行抛光，

37、目的是将磨面上的细小划痕除去，使磨面变成光亮的磨面。抛光试样如图2-9所示。图2-9抛光试样浸蚀：化学浸蚀法是利用化学试剂对试样表面进行溶解来显示金相组织。本实验采用4%的硝酸酒精溶液进行浸蚀，当磨面变暗用大量的水冲洗磨面，然后再用酒精将 磨面上的水冲掉，再用电吹风将试样吹干。这样就可以观看金相组织了第3章 铸态和热处理后组织及分析3.1金相实验结果通过倒置式金相显微镜进行观看实验试样，实验室中的倒置式金相显微镜如图3-1所示。图3-1倒置式金相显微镜35CrMnSi铸钢试样的铸态金相组织如图 3-2所示；35CrMnSi铸钢试样经过930C 淬火+630T回火热处理的金相组织如图 3-3所示

38、；35CrMnSi铸钢试样经过870C退火 热处理的金相组织如图3-4所示。佳木斯大学本科毕业设计（论文）第23页图3-2 35CrMnSi铸钢试样的铸态金相组织a) X 100 b) x 200 c) x 500图3-3 35CrMnSi铸钢试样经过 930C淬火+630C回火热处理的金相组织a) x 100 b) x 200图3-4 35CrMnSi铸钢试样经过 870 C退火热处理的金相组织a) x 100 b) x 2003.2金相组织分析通过图3-5可知：35CrMnSi铸钢的铸态组织为铁素体+珠光体；870C退火后的35CrMnSi铸钢的组织也为铁素体+珠光体，但是870E退火后的

39、组织成分比较均匀；930r淬火+630r回火35CrMnSi铸钢的组织为回火索氏体。图3-5 35CrMnSi铸钢金相组织a)铸态 X 200 b) 870 r 退火 X 200 c) 930 C淬火 +630 C 回火 X 200佳木斯大学本科毕业设计(论文)第4章性能结果及分析4.1冲击试验结果本实验利用ZBC-300B全自动金属摆锤冲击试验机，分别选取35CrMnSi铸钢铸态、930E淬火+630E回火、870C退火三种不同状态的 5组试样，利用对试样加载冲 击载荷进行测试，实验结果如表4-1。表4-1冲击韧性值标准试样（10X 10X 55mm）的冲击韧性值（单位：J/cm2）试样编号

40、12345铸态42.17040.23043.10041.50042.356淬火+回火120.478121.520120.168123.002120.586退火172.806173.865173.878178.060175.6544.2布氏硬度实验结果分别选取35CrMnSi铸钢铸态、930E淬火+630E回火、870C退火三种不同状态的试样一个，选取试样不同位置进行硬度测试，对试样分别进行压痕直径测量，根据测 量的数值进行查表获得布氏硬度值。实验结果如表4-2所示。表4-2布氏硬度值1铸态23930 C淬火+630 C回火1870 C退火231 23压痕直径(mm)布氏硬度4.344.324.

41、355.015.105.064.794.804.78值193195192142133137156155157(HBW)4.3拉伸试验实验结果拉伸试验采取铸态和在930 C淬火+630 C回火热处理之后的试样通过万能试验机进行拉伸测试。实验试样如图4-1所示图4-1拉伸试样实验试样断口如图4-2所示第25页佳木斯大学本科毕业设计（论文）第31页图4-2试样断口a）铸态35CrMnSi铸钢拉伸试样b）930 C淬火+630 C回火35CrMnSi铸钢拉伸试样b)图4-3应力应变曲线a）铸态35CrMnSi铸钢拉伸试样b）930 C淬火+630 C回火35CrMnSi铸钢拉伸试样4.4冲击韧性实验分

42、析为了更方便的分析铸态；930C淬火+630C回火热处理；870C退火热处理之后35CrM nSi试样的冲击韧性的变化，现将表 4-1的结果转化为变化曲线形式，如图4-4所示：冲击韧性值变化曲线铸态*93（TC 淬火-630匸回火S7oc退火试样编号图4-4冲击韧性值变化曲线从曲线图中我们可以清楚地看出，铸态下的35CrM nSi试样的冲击韧性值比经过热处理的试样要低的多，由于冲击韧性是表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂能 力，所以铸态下35CrMnSi试样较脆，韧性低；930C淬火+630C回火热处理试样的冲击 韧性值较适中脆性和韧性相对较好；870C退火热处理之后的试样冲击韧性值相对最

43、高，所以他的脆性低，韧性好19。4.5布氏硬度实验分析为了更直观的分析铸态；930 r淬火+630 C回火热处理；870 r退火热处理之后的 35CrMnSi试样的硬度，把表4-2的结果转化成如图4-5所示。布氏硬度值（单位：HBW）铸态 930r淬火回火 870X?退火图4-5布氏硬度值条形图布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好，由于本实验采用的是10mm球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均 值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响20。布氏硬度值越大其硬度越高，可塑性就越低。由图4-5可知，铸态的 35CrMnSi试样的硬度最高，其可塑性较差

44、； 930E淬火+630C回火热处理和870C退火热处理之后的35CrMnSi试样的硬度相差较小比铸态的 低一些，所以经过热处理的 35CrMnSi试样的可塑性要比铸态的35CrMnSi试样高。4.6拉伸试验的分析通过应力-应变曲线图，我们可以看出，随着应力的不断变化应变也随之变化。根据图4-6可知，经过930r淬火+630r回火热处理过的35CrMnSi试样的抗拉强度极 限和屈服强度要高于铸态的35CrMnSi试样。0 0.08 D 12.01E.020 0图4-6应力应变曲线a）铸态35CrMnSi铸钢拉伸试样b）930 C淬火+630 C回火35CrMnSi铸钢拉伸试样佳木斯大学本科毕业设计（论文）结论试验证明了通过 930C淬火+630C回火，870C退火热处理可以提高 35CrMnSi铸 钢的力学性能方法是行之有效的，具体结论如下：(1) 铸态的35CrMnSi铸钢的组织为铁素体+珠光体，采用930E淬火+630C回火 热处理工艺的35CrMnSi铸钢的组织为回火索氏体，采用 870C退火热处理工艺之后的 35CrMnSi铸钢的组织为铁素体+珠光体。(2) 铸态的35CrMnSi铸钢试样的冲击韧性值为 42J/cm采用930E淬火+630E回 火热处理工艺的35CrMnSi铸钢