淬火温度对T8钢的组织性能的影响

1、探究不同淬火温度对T8钢组织性能的影响姓名：吴天峰学号：119024492年级：2011级班级：料115班授课教师：张皖菊组员：刘将、程路、赵金晓时间：2014.3.15目录摘要ABSTRACT一、概述1.1钢材的种类和用途1.2 T8钢简介二、实验前的准备2.1实验目的2.2实验器材2.3实验材料三、热处理工艺3.1实验原理3.2试样的分组编号3.3热处理步骤四、金相制备4.1试样的粗磨4.2试样的细磨4.3试样的抛光与侵蚀五、观察拍照5.1电子显微镜的使用5.2电镜照片与组织分析六、性能测试6.1洛氏硬度计简介6.2洛氏硬度计操作方法七、数据处理与分析7.1硬度值数据分析7.2结论八、感想

2、九、参考文献摘要 对本课题的研究主要是调查文献并进行实验，观察并测定T8号钢在不同淬火加热温度下的硬度情况。首先介绍钢材的种类以及用途，描述T8号钢相关性质并制定实验方案，然后对五组T8号钢在不同淬火加热温度下进行淬火实验，对得到的试样进行金相制备、电子显微镜观察和硬度测定。最后根据所得数据分析得出结论，完成报告。ABSTRACTThis research mainly is to survey the literature and experiments, observation and measurement of T8 steel under different quenching he

3、ating temperature hardness. First to introduce the types and USES of steel, describing T8 steel properties and the experiment scheme, then the number of five groups of T8 steel quenching experiments under different quenching heating temperature, metallographic to get specimen preparation, electron m

4、icroscope observation and hardness measurement. Finally according to the data analysis conclusion, finish the report.关键字: T8钢、淬火、金相制备、组织成分、奥氏体粗大、洛氏硬度计KEY WORDS:T8 steel, quenching, metallographic preparation and organization composition, burnt, rockwell hardness tester.一、 概述1.1钢材的种类和用途 钢，可以说是现代物质社会的

5、基础。中华人民共和国国家标准GB/T13304-91钢分类描述：“以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。”其中一般是指除铬钢外的其他钢种，部分铬钢的含碳量允许大于2%。严格的说，钢是含碳量在0.0218%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。其它成分是为了使钢材的性能有所区别。在十八世纪工业革命之后，由于技术条件的突破，钢的应用得到了突飞猛进的发展。如今钢已经成为了建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。 目前在世界工业中使用量最大的基本材料要数碳素钢，也叫碳钢

6、，是含碳量小于2%的铁碳合金。碳素钢除含有少量的碳外还含有少量的硅、锰、磷、硫。按用途可以把碳素钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素钢的应用相当广泛，在建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造业以及石油化工工业、海洋开发等方面都得到了大量的应用。 碳素工具钢主要用于制作刃具、模具和量具。其加工性良好，生产成本较低，原材料来源方便；易于冷、热加工，在热处理后可获得相当高的硬度；在工作受热不高的情况下，耐磨性也较好，因而得到广泛应用。但因其淬透性较差需要用水、盐水或碱水淬火，畸变和开裂倾向较大，耐磨性和耐热强度很低，所以只适用于制造手工工具或木工工具，以及精度要求不高、形状简单、

7、尺寸小、负荷轻的小型冷作模具，如用来制造小冲头、剪刀、冷冲模、冷镦模等。 T8钢是常见的碳素工具钢之一，具有较好的韧性和较高的硬度。因其是共析钢，在奥氏体化时没有剩余碳化物作为细晶粒的质点存在，所以耐磨性较差。并且淬火加热过热敏感性大，淬火时容易使晶粒长大。如果采用较低淬火温度，又会因为融入的碳不足而出现淬火软点。兼之塑性和强度较低，不宜制造承受较大冲击的工具。但经过热处理后会明显提高硬度和耐磨性。适用于制造切削刃口在工作时不变热的工具，如木工工具、风动工具、钳工工具、简单模具、铆钉冲模、中心孔铳和冲模、切削钢材用具、轴承、刀具、铅锡合金压铸板和型芯，以及各类弹簧等。 如果我们想在不改变金属形

8、状的条件下改变金属的物理性能，那么就需要对金属进行热处理。热处理可以改变钢的显微结构，使之达到所需要的物理要求。韧性、硬度和耐磨性，是通过热处理而获得的特性中的几种。淬火就是使金属获得较高硬度的一种热处理方法。钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。其目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体的转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配以不同的温度回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、抗疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件

9、的使用要求。1.2 T8钢的简介 1.21. T8钢基本结构T8钢表示平均含C量为0.8%的优质碳素工具钢，含C：0.75%0.84%，按化学成分分类是一种碳素钢，且为高碳钢。含Si：0.35%；Mn：0.40%；P:0.035%；S0.030%，按冶金质量分类是一种优质钢。按用途分类T8钢是一种工具钢。 钢铁是以铁和碳为主要组成元素的合金材料。钢铁材料是工业中应用最广、用量最多的金属，其品种繁多、性能各异。 化学成份： T8碳素工具钢 碳 C ：0.750.84 硅 Si：0.35 锰 Mn：0.40 硫 S ：0.030 磷 P ：0.035 铬 Cr：允许残余含量0.25、0.10(制造

10、铅浴淬火钢丝时) 镍 Ni：允许残余含量0.20、0.12(制造铅浴淬火钢丝时) 铜 Cu：允许残余含量0.30、0.20(制造铅浴淬火钢丝时) 注：允许残余含量Cr+Ni+Cu0.40(制造铅浴淬火钢丝时) 1.22 T8钢的性能及用途 T8钢是淬硬型塑料模具用钢。淬火回火后有较高硬度和耐磨性但热硬性低、淬透性差、易变形及强度较低。加热时容易过热,变形也大,塑性强度也较低。因此，T8钢并不适合做模具，但淬透性较好，可用于制造断面较大的工具，且热处理后，因具有较高的硬度与耐磨性，适合用于制造承受一定冲击而要求较高的刃具，用作需要具有较高硬度和耐磨性的各种工具，比如形状简单的模子和冲头、切削金属

11、的刀具、打眼工具、木工用的铣刀、埋头钻、斧、凿、纵向手用锯、以及钳工装配工具、铆钉冲模等次要工具。二、 实验前的准备2.1实验目的对本课题通过理论结合实践的研究，主要目的是要更加了解T8号钢通过不同加热温度淬火得到的不同硬度，区别在不同淬火温度下T8号钢的硬度及用途，在试验中我们能熟练掌握硬度计、箱式电阻炉等仪器设备的操作方法，并能独立整理实验数据，学习了解马氏体形成机理并能独立掌握金相试样制备，分析金相图；达到对基本材料试验设备的认知能力以及综合文献调研能力。2.2实验器材1.空气电阻炉；2.抛光机；3.洛氏硬度计； 4.金相显微镜及照相设备；5.淬火用水槽； 6，钳子等其他设备若干。2.3

12、实验材料1. 15×35mm45钢棒料4个； 2. 15×35mmT8钢棒料5个 ；3.各型号砂纸若干 ；4.抛光泥；5. 4硝酸酒精。三、热处理工艺3.1实验原理3.11 铁碳平衡相图碳合金相图是研究碳钢组织、确定其热加工工艺的重要依据。按组织标注的铁碳相图见下图，铁碳合金在室温的平衡组织均由铁素体（Ferrite，简称F）及渗碳体（Fe3C，又称Cementite，）两相按不同数量、大小、形态和分布所组成。高温下还有奥氏体（A）及高温铁素体d固溶体相。 铁碳平衡相图中，各点的含义ABCD线为液相线，AHJECF为固相线，E点为区分钢和铁的分界点；S点常成为共析

13、点。S点左边的钢成为压共析钢，其组织结构为珠光体+铁素体。S点右边的钢成为过共析钢，其组织结构为珠光体+渗碳体。PQ线：表示铁素体在0727之间时所能溶解碳的最大量，或称为碳在铁素体中的固溶线。PG线：表示铁素体在727912之间时,所能溶解碳的最大量。温度在920时，铁素体本身转变为奥氏体。PSK线；称为共析线，相当于727。它表示含碳量0.77%的钢在缓慢冷却时，奥氏体全部转变为珠光体的温度。反之则缓慢加热时，它又为珠光体全部转变为奥氏体的温度。此线常用A1线表示。GS线：是碳钢奥氏体的转变温度线，即在缓慢加热时，铁素体向奥氏体转变温度。反之当缓慢冷却时，则是奥氏体向铁素体转变的温度。常用

14、A3线表示。SE线：表示含碳量超过0.77%的钢，在缓慢冷却时，由奥氏体内析出二次渗碳体的温度，常用Acm表示。JE线：叫固相线。表示含义为钢在加热时，开始熔化的临界温度，或冷却时，液体合金全部凝固为奥氏体的温度。BC线：叫液相线。表示碳钢加热时，全部转变为液体合金的临界温度，或冷却时，液体开始结晶的温度。由此可看出，含碳量越高的钢，其凝固点（或熔点）越低。NJ线：表示奥氏体开始转变为铁的温度NH线：表示奥氏体完全转变为铁的温度铁碳合金的平衡组织 名称 含碳量（%） 平衡组织 工业纯铁 <0.02 铁素体 钢 

15、;亚共析钢共析钢过共析钢 0.020.770.770.772.11 铁素体+珠光体珠光体珠光体+二次渗碳体 白口铸铁 亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁 2.114.304.34.36.9 树状珠光体+二次渗碳体+共晶体共晶体（珠光体+渗碳体）板状一次渗碳体+共晶体铁碳平衡相图各主要点说明 点的符号 温度， 含碳量，% 说明 ABCDEFGHJKNPSQ 1535149511481227114811489121495149572713947277270 00.504

16、.306.692.116.6700.100.166.6700.020.770.006 纯铁熔点（凝固点）包晶反应时液态合金的浓度共晶点，LcAE+Fe3C渗碳体熔点（计算值）碳在Fe中的最大溶解度渗碳体a  Fe同素异晶转变点（A3）碳在Fe中的最大溶解度包晶点，LB+HAJ渗碳体FeFe同素异构转变点（A4）碳在aFe中的最大溶解度共析点，AsFp+Fe3C碳在aFe中的溶3.12 C曲线C曲线就是使加热至奥氏体区的钢过冷至Ar1以下，在不同温度和时间下等温转变得到各种结构组织的曲线，因为其形状像拉丁字母“C”，故常称为C曲线(也有的叫S曲线)又称为过冷奥氏体连续冷却曲线

17、。上图的横坐标代表时间(用对数标度)，纵坐标代表温度。在图上除了C曲线外，还有上临界温度线A1、马氏体转变开始线Ms和马氏体转变终了线Mz。奥氏体等温转变图可分为四个区域。以共析钢为例：区域，在A1以上，为稳定的奥氏体区域。在这个温度区域里，奥氏体不随时间发生变化。区域，在A1线与Ms线之间，它被奥氏体转变开始线a和转变终了线b分成三个部分。第一部分是纵坐标线与a线之间的部分，为不稳定的过冷奥氏体区域，其不稳定程度随温度发生变化。曲线距纵坐标愈近，就意味着奥氏体愈不稳定。这个区域其形状如鼻，故称C曲线鼻部；第二部分是曲线a与b之间的部分，是产生过冷奥氏体和奥氏体等温转变的区域，其转变产物为铁素

18、体与渗碳体的机械混合物，随着转变时间的延长，转变产物越来越多，到曲线b时，过冷奥氏体全部转变完了；第三部分是曲线b的右边部分，在这个区域中奥氏体转变终了的产物为铁素体与渗碳体的各种混合物。区域，Ms与Mz之间，为马氏体与奥氏体共存区域。随着温度的下降与转变时间的延长，奥氏体逐渐转变为马氏体，即马氏体逐渐增多。区域，Mz线以下，为马氏体和残余奥氏体区域。亚共析钢或过共析钢的C曲线与共析钢的相似，不同之处是在开始转变线(a)之上，还有一条析出先共析铁素体线或析出二次渗碳体的线。3.2 T8钢淬火工艺基础热处理工艺包括三个部分：即加热、保温、冷却。钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac

19、1（过共析钢）以上某一温度保温一段时间后使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温度）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。T8钢淬火后得到马氏体，不同的淬火温度得到不同含量和特征的马氏体。加热时间有两个步骤，一是升温二是保温。通常情况下以装炉后的温度达到淬火温度所需要的时间为升温阶段，并以此作为保温时间的开始，保温阶段是钢件温度均匀并完成奥氏体化所需要的时间。 淬火冷却介质的选择，通常使用的淬火冷却介质是水和油。水在650-550范围冷却能力较大，在300-200范围冷却能力也较大。因此易造成零件的变形和开裂，这是它的最大缺点。提高水温能降低650-

20、550范围的冷却能力，但对300-200的冷却能力没有影响。这不利于淬硬，也不能避免变形，所以淬火用温度控制在30以下。水在生产中主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。3.3热处理步骤1.将4个45（T8）钢试样分别标记为1.、2、3、4，5.2.按照表1的顺序，到达的温度T后，将对应试样用钳子放入热处理炉膛中部；3.从炉温再次达到相应温度T开始计时，达到保温时间，迅速取出试样并置于水中搅拌。4.对其余三个试样重复2、3步。试样编号加热温度保温时间冷却方式090030水冷185030水冷495030水冷575030水冷E8/0030水冷表 1四、金相制备4.1试样的粗磨材料试样先用砂轮粗

21、磨平。在砂轮上磨制时，应握紧试样，使试样受力均匀，压力不要太大，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。试样的周界要用砂轮或锉刀磨成圆角，以免在磨光及当抛光时将砂纸和抛光织物划破。4.2试样的细磨细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。粗磨平的试样经清水冲洗并吹干后，随即把磨面依次在由粗到细的各号金相砂纸上磨光。400,600,800,1200砂纸，号小者磨粒较粗，号大者较细。握住试样，使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下把试样向前推磨，用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，且造成试样磨面的变形。试样退回时不能与砂纸接触，这样“单程单向”地反复进行，直至磨面上旧的磨痕被去

22、掉，新的磨痕均匀一致为止。在调换下一号更细的砂纸时，应将试样上磨屑和砂粒清除干净，并转动90°角，使新、旧磨痕垂直。金相试样的磨光除了要使表面光滑平整外，更重要的是应尽可能减少表层损伤。每一道磨光工序必须除去前一道工序造成的变形层（至少应使前一道工序产生的变形层减少到本道工序生产的变形层深度），而不是仅仅把前一道工序的磨痕除去；同时，该道工序本身应尽可能减少损伤，以便进行下一道工序。最后一道磨光工序产生的变形层深度应非常浅，应保证能在下一道抛光工序中除去。4.3试样的抛光目的：除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。方法：机械抛光机械抛光是在专用的抛光机上进行的，抛

23、光机主要是由电动机和抛光圆盘（200300mm）组成，抛光盘转速为200600r/min以上。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液。抛光液通常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等细粉末（粒度约为0.31m）在水中的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉末与磨面间产生相对磨削和液压作用来消除磨痕的。 操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光时间一般为35min。抛光后的试样，其磨面应光亮无痕，且石墨或夹杂物等不应抛掉或有曳尾现象。这时，试样先用清水冲诜 ，再用无水酒精清洗磨面，最后用吹风机吹干。4.4试样的侵蚀4.41原理 利用

24、浸蚀剂对试样表面的化学溶解作用或电化学作用（即微电池原理）来显示组织。 对于纯金属单相合金来说，浸蚀是一个纯化学溶解过程。由于金属及合金的晶界上原子排列混乱，并有较高的能量，故晶界处容易被浸蚀而呈现凹沟。同时，由于每个晶粒原子排列的位向不同，表面溶解速度也不一样，因此，试样浸蚀后会呈现出轻微的凹凸不平，在垂直光线的照射下将显示出明暗不同的晶粒。对于两相以上的合金而言，浸蚀主要是一个电化学腐蚀过程。由于各组成具有不同的电极电位，试样浸入浸蚀剂中就有两相之间形成无数对“微电池”。具有负电位的一相成为阳极被迅速浸入浸蚀剂中形成凹洼；具有正电位的另一相则为阴极，在正常电化学作用下不受浸蚀而保持原有平面

25、。当光线照射到凹凸不平的试样表面时，由于各处对光线的反射程度不同，在显微镜下就能看到各种不同的组织和组成相。4.42浸蚀方法 试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂控试表面。浸蚀时间要适当，一般试样磨面发暗时就可停止。如果浸蚀不足，可重复浸蚀。浸蚀完毕后，立即用清水冲诜，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。这样制得的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。如果一旦浸蚀过度，试样需要重新抛光，甚至还需在04号砂纸上进行磨光，再去浸蚀。五、观察拍照5.1电子显微镜的使用5.2电镜照片与组织分析0145E六、性能测试6.1洛氏硬度计简介6.2洛氏硬度计操作方法1. 判断标准试片是用HRB或HRC(

26、依铸件试片而定)。 2. 如果是HRC荷重为 150 kg， 使用金钢石圆锥的压痕器(HRB荷重为 100 kg使用直径1/16吋钢球的压痕器)。 3. 检查大荷重手柄是否有归位。 4. 刻度归位 (使SET或黑色0刻度对准12点钟方向) 。 5. 用乾净的布擦拭标准试片。 6. 放置标准试片於底座上，找出适当位置对准压痕器(两点间之距离不得小於3mm)。 7. 施加小荷重，使小指针对准红点中心(大指针约转三圈此时刻度正负五度之间，才可做下一步归零动作否则重做) 。 8. 归零(转动刻度盤使SET或黑色0刻度对准大指针) 。 9. 施加大荷重，待大指针停止後约1015秒。 10. 移除大荷重。

27、 11. 读出硬度值(HRC读黑色刻度，HRB读红色刻度) 。 12. 记录读数13. 移除小荷重。 14. 重复以上操作，每组试样打点个数为5个。15.硬度测量结束，保证洛氏硬度计处于卸载状态。七、数据处理与分析7.1硬度值数据分析试样编号硬度值HRC平均值5 1727373717472.6E 2757473767574.61 3747776767876.20 4697173687070.24 5636865706466.0 钢材淬火后得到马氏体或贝氏体马氏体是由奥氏体急速冷却形成，这种情况下奥氏体中固溶的碳原子没有时间扩散出晶胞。当奥氏体达到马氏体转变温度Ms时，马氏体转变开始产生，母相奥

28、氏体组=组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥氏体才会转变成马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf马氏体转变结束。马氏体还可以在压力作用下形成，这种方法经常用在硬化陶瓷上（氧化钇、氧化锆）和特殊的钢种（高强度、高延展性的钢）。因此，马氏体是体心立方结构，奥氏体是面心立方结构。奥氏体向马氏体转变仅需要很少的能量，因为这种转变是无扩散位移型的，仅仅是迅速和微小原子重排。马氏体密度低于奥氏体，所以转变后体积会膨胀。相对于转变带来的体积改变，这种变化引起的切应力、拉应力则更需要重视。马氏体在Fe-C相图中没有出现，因为它不是一种平衡的组织。平衡组织的形成需要很慢的冷却速度和足够时间扩散，而马氏体是在非常快的冷却速度下形成。由于化学反应（向平衡态转变）温度高时会加快，马氏体在加热情况下容易分解。这个过程叫回火。在某些合金中加入合金元素会减少这种马氏体的分解。比如，加入合金元素钨，形成碳化物强化积体。由于淬火过程难以控制，很多淬火工艺通过淬火后获得过量的马氏体，然后通过回火去减少马氏体含量