45与T10钢热处理组织和性能比较研究

1、201545与t10钢热处理组织和性能比较研究学生姓名： 所在院系： 所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名： 完成时间： 2015年4月10日45钢与t10钢热处理组织和性能比较研究摘 要为探讨热处理工艺对45钢及t10的影响，本文对45钢与t10做了退火，正火，淬火以及低温回火，中温回火，高温回火的热处理工艺处理,观察金相组织,测量布氏硬度，再对得到的数据进行系统详细的分析比较，结果表明再相同热处理下含碳量是影响45与t10在金相组织形成，硬度差异的主要因素。发现了随着含碳量的增加，钢的硬度、强度增加，塑性、韧性降低的结果。 关键词：热处理，金相组织，硬度，45，t1045 steel

2、t10 steel heat treatment and research organizations and performance comparisonabstract to explore the heat treatment on 45 steel and t10, the paper made of 45 steel and t10 annealing, normalizing, quenching and tempering, tempering temperature, tempering the heat treatment process, observe the micro

3、structure, measuring cloth hardness, and then the data is systematically detailed analysis and comparison results show that the carbon content and then heat-treated at the same affect with t10 45 formed in the microstructure, hardness difference of the main factors. found that with increasing carbon

4、 content steel hardness, strength increases, lower ductility, toughness results.keywords: heat treatment, microstructure, hardness, 45, t10目 录绪论11 实验材料及方法21.1实验方案21.2实验材料及设备21.3 实验方法32 实验结果与分析42.1 45钢与t10原始材料组织与性能分析52.2 45钢与t10在退火后组织与性能分析52.3 45钢与t10在正火后组织与性能分析62.4 45钢与t10在淬火后组织与性能分析72.5 45钢与t10在低温回

5、火后组织与性能分析72.6 45钢与t10在中温回火后组织与性能分析82.7 45钢与t10在高温回火后组织与性能分析83 结论9参考文献11致谢12i绪论人类的发展史是与金属材料的应用及其发展紧密联系着的，特别是在近代，金属材料在人类文明中更占有特殊重要的位置。据统计，目前在各种机械设备，车辆，船舶，飞机，水利电力设备，仪器仪表及国防无奇所用材料中，金属材料约占90%以上。没有各种性能符合要求的金属材料，近代文明的出现和发展是根本不可能的。1为了使金属材料获得所需要的性能，热处理技术发挥着重要的作用。 1949年建立新中国后，全国人民积极努力的工作，热处理技术已经获得了巨大的进步。新技术，新

6、工艺和新设备不断的被应用于生产中，如可控气氛热处理，真空热处理，感应热处理，多元共渗，及新的淬火介质大力的推广使用；机械化程度高的热处理作业炉和热处理生产线已经在不少工厂中建立起来；在科研单位，高等学校和工厂试验中已经广泛使用近代化研究手段，如透射电子显微镜，扫描电子显微镜，电子探针，x射线衍射仪和放射性同位素等，使热处理理论得到发展，产品质量和生产率都有很大的提高。2许多企业在产品市场竞争中都凭借其所掌握的热处理技术来保证产品质量，赢得胜利。随着社会的快速发展，各种钢材种类需求量越来越大，要求越来越高，其中以用处最多的45和t10为例， 45钢为优质碳素结构钢，优质碳素结构钢主要用于制造机械

7、零件。故又称为机械零件用钢，经过热处理后，可以获得良好的力学性能，可以用来制造齿轮，连杆，轴类，套筒等各种零件。它的最大弱点是淬透性比较低，截面尺寸比较大和要求比较高的工件不适合采用，45钢淬火温度一般在ac3以上30-50的温度范围内，在实际操作中一般是取上限的，偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，并且能提高功效。为了使表面的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。t10作为优质碳素结构钢，广泛用于制造各种刃具，磨具，量具等。适于制造耐磨性要求比较高，切削条件比较差且不受剧烈和突然冲击震动而需要一定的韧性和具备锋利刃口的各种工具，也可用到不受较大冲击的耐磨零件。它作为一种碳素钢，

8、生产成本是比较低的，经过热处理以后硬度甚至能达到60hr以上，但是由于它的耐热性比较差 ，钢的淬透性比较低，所以在淬火加热时不应过热，应该保持细晶粒 。韧性方面还可以，但是热硬性比较低，淬透性仍然不高，淬火变形比较大。前人对45及t10分别做了大量的研究，从金相组织的观察分析到硬度的测量，对它们在生产生活中最大化运用做出了突出贡献，那么本文通过对这两种钢的进一步比较分析，会不会有新的发现呢？1 实验材料及方法1.1实验方案 对45钢和t10分别各取6个试块样品进行热处理，热处理前分别各取一块45和t10的试样进行原始硬度以及金相组织的观察。然后分别对45和t10试样进行退火，正火，淬火以及低温

9、回火，中温回火，高温回火的热处理，热处理期间要控制好它们的加热温度，加热速度，加热时间以及冷却时间。热处理完毕后采用布什硬度分别对每个试块进行部分，整体测试，再对每个热处理后的试样进行金相组织的观察，通过以上数据对它们进行一个系统性分析比较，从而得出合理的结论。1.2实验材料及设备本实验所用材料为45钢和t10钢45钢为优质碳素结构钢，t10为碳素工具钢，它们所含化学组织如下表1-2： 表1-2 45与t10的化学成分3牌号化学成分/%csimnpscrnicu450.420.500.170.370.500.800.0350.0200.0250.250.25t100.951.040.350.4

10、00.0350.0350.0200.200.3045钢是强度较高的一种中碳优质钢，因淬透性差，常以正火状态使用，在机械性能要求较高时，采用调质处理。冷变塑性中等，退火和正火的切削加工型比调质的好。用于制造强度要求较高的零件，如齿轮，轴，活塞销等以及受力不是很大的机械加工件，锻件，冲压件等。4t10钢是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60hrc以上。适于制造切削条件较差，耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击震动而需要一定的韧性和极具有锋利刃口的各种工具，如车刀，钻头，丝锥，扩孔刀具等。1.3 实验方法热处理前必须对45和t10的两个重要的临界值ac1和ac3进行查

11、询。查询数据如下表1.3： 表1.2热处理临界值5钢号ac1ac345724780t10730800热处理是将金属在固态范围内加热到一定温度下，进行必要的保温，并且以适当的速度冷却至室温，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。以下是几种重要的热处理工艺的特点：退火主要分为完全退火，等温退火，球化退火，扩散退火，再结晶退火及去应力退火等，完全退火是把钢件或者毛胚加热到比ac3略高2030度，保温一段时间，使钢中组织完全转变成奥氏体后，缓慢冷却（随炉冷却或埋入沙、石灰中冷却）到500到600度以下出炉，在空气中冷却。7通过相变获得珠光体和铁素体组织。正火的原理和退火相似，唯一不同之处是正火

12、保温一定时间后即空冷，从而得到较细珠光体的一种热处理工艺。由于正火的冷却速度快于退火，因而正火钢的组织较细一些，珠光体分散度大，铁素体的量相对少些，从而强度，硬度比退火要高一些。8淬火是将钢件加热到ac3或者ac1以上某一温度保持一定时间，完全奥氏体化后以适当方式快速冷却（保证全部奥氏体不分解），从而获得马氏体或者贝氏体的一种热处理工艺。淬火可以提高钢的强度和硬度，增加耐磨性。回火是将淬火零件重新加热到ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火分为低温回火，中温回火，高温回火。低温回火（这里以200度为例）：这一温度回火时，马氏体的过饱和度降低，晶格畸变减轻，这种组

13、织我们称为回火马氏体。6中温回火（这里以400度为例）：这一阶段碳原子的析出使过饱和的固溶体变为铁素体，回火马氏体中的渗碳体转变成粒状渗碳体，由铁素体和粒状渗碳体组成的机械混合物，我们称为回火屈氏体。7在保持一定韧性的条件下提高了弹性和屈服强度，主要用于各种弹簧，锻模，冲击工具。其金相组织。高温回火（这里以600度为例）：此时固溶体发生回复与再结晶，同时渗碳颗粒不断长大，形成块状铁素体与球状渗碳体的混合组织，称为回火索氏体。8得到了强度，塑性，韧性都较好的综合力学性能。实验步骤如下（1） 实验前准备45钢和t10钢各六块（大小相同）。45钢厚度10cm，直径10cm。t10钢厚度10cm，直径

14、10cm。（2） 各取一块45和t10试样用砂纸将表面的氧化皮和脱碳层打磨掉，粗磨一阵后然后再用抛光机最终抛光后，在打磨好的试块表面滴入2至3滴4%的硝酸溶液，停留3至5秒后，在清水中冲洗一下再用吸水纸擦干后拿到金相显微镜下进行观察，用400倍像素保存3到5张金相组织的照片，然后再进行布氏硬度的测试，用25g的测局部两次，用1kg的测整体一次。（3） 将各试块清晰干净，然后涂上防止裂的涂料，开始对各试块进行热处理。45钢所需要温度840度，保温30分，由于退火，正火，淬火加热温度以及保温时间一定，可以同时放到热炉内加热。保温后，退火的随炉冷却，正火的进行空冷，淬火的放到冷水内。t10钢和45的

15、区别是加热到770度保温90分钟。（4） 对退火，正火，淬火后的试块进行打磨，抛光，金相组织的观察以及硬度的测量（5） 分别对45和t10进行回火的热处理，对他们经过淬火处理后，分别进行低温回火，中温回火，高温回火的热处理，温度分别为200度，400度，600度。回火完成后，对回火的试块进行表面打磨，抛光，金相组织的观察以及硬度的测量，记录所得的数据。2 实验结果与分析通过对45与t10各个热处理工艺的的硬度测量，得到以下数据：表2-1 45钢硬度表类型温度时间（min）45钢硬度平均退火84030171181189180正火84030195201193196淬火840307126136856

16、70淬火+低温回火200120401378389389淬火+中温回火400120308352321327淬火+高温回火600120201219234218 表2-2 t10钢硬度表类型温度时间（min）t10硬度平均退火77060184235197205正火77060197236274235淬火77060724793746754淬火+低温回火200120687740720715淬火+中温回火400120390517460455淬火+高温回火6001202082692402392.1 45钢与t10原始材料组织与性能分析45钢原始组织如图2-1,2-2 图2-1 45原始组织 图2-2 t10原

17、始组织从以上表1-2和图2-1,2-2可以得知，45钢含碳量介于0.0218%-077%之间，属于亚共析钢，t10含碳量介于0.77%-2.11%之间，属于过共析钢，碳钢的机械性能取决于其组织，组织取决于含碳量，含碳量很低时，钢的组织中主要是铁素体和少量珠光体，一次钢的强度，硬度低，塑性韧性好，随着含碳量的增加，钢中铁素体减少，珠光体增加，钢的强度，硬度上升，塑性韧性下降。2.2 45钢与t10在退火后组织与性能分析45与t10的退火金相组织如图2-2，2-3 图2-3 45钢退火组织 图2-4 t10退火组织结合表2-1，表2-2得知，退火后t10的硬度明显高于45钢的硬度，退火的主要作用和

18、目的是细化晶粒，均匀组织，降低硬度，改善钢的切削加工型，同时还可以消除内应力，图2-3,2-4知，由于两者含碳量不同，故退火后得到的金相组织组织也有很大的差别，t10退火后的珠光体含量明显多于45钢的珠光体含量，相反铁素体含量分布却比45钢小了很多，因此导致了t10的整体硬度在退火后比45钢稍硬。2.3 45钢与t10在正火后组织与性能分析45与t10的正火金相组织如图2-5，2-6 图2-5 45正火组织 图2-6 t10正火组织由表2-1,表2-2知，正火热处理后钢的硬度要比退火的高，这是因为正火的冷却速度比退火稍快，故正火的组织稍细些，珠光体的分散度大，铁素体的量少，从而它的强度，硬度也

19、较退火高。9通过两表的对比t10在正火后的硬度要高于45钢的硬度，由图2-5,2-6知，45钢正火后金相组织为网络状分布的珠光体和铁素体（白色部分），晶粒粗大且分布不均匀，t10的金相组织分布为珠光体和少量铁素体且部分珠光体针状分布，45钢在分布上属于网状分布且珠光体组织比t10晶粒细小，又铁素体含量高且质地软，故正火后的硬度低于t10正火的硬度。102.4 45钢与t10在淬火后组织与性能分析45与t10的淬火金相组织如图2-7，2-8 图2-7 45淬火组织 图2-8 t10淬火组织由表2-1,表2-2知，淬火后钢的硬度明显提高了很多，淬火可以显著提高钢的强度和硬度，45钢在淬火后的硬度低

20、于t10的淬火硬度，淬火的目的是使过冷的奥氏体进行马氏体或者是贝氏体的转变，得到马氏体或者是贝氏体组织，由图2-7,2-8可以知，45钢淬火后得到的组织为马氏体（板条状）以及部分网状分布的铁素体，t10淬火后得到大量的呈现针状分布的马氏体，由于45钢得到的马氏体组织较粗大，因此在硬度上低于t10淬火后的硬度。112.5 45钢与t10在低温回火后组织与性能分析45与t10的低温回火金相组织如图2-9，2-10 图2-9 45低温回火组织 图2-10 t10低温回火组织由表2-1,表2-2知，淬火+低温回火后钢的低于单纯淬火后的硬度，在这一温度回火时，从马氏体分解出与其保持共格关系，使马氏体的过

21、饱和度降低，晶格畸变减轻，内应力明显减小，但是仍然保持淬火后的高硬度。 45钢在淬火+低温回火后的硬度低于t10的硬度，淬火+低温回火的目的是消除或者减少淬火内应力，降低脆性.由图2-9,2-10可以知，45钢淬火+低温回火后得到的组织为马氏体（板条状）以及部分少量的未溶的颗粒状铁素体，t10淬火+低温回火后得到大量的呈现针状分布的马氏体，由于45钢得到的马氏体组织较粗大，因此在硬度上低于t10淬火+低温回火后的硬度。112.6 45钢与t10在中温回火后组织与性能分析45与t10的中温回火金相组织如图2-11，2-12 图2-11 45中温回火组织 图2-12 t10中温回火组织由表2-1,

22、表2-2知，淬火+中温回火后钢的硬度低于低温的硬度，这一阶段碳原子的析出使过饱和的a固溶体转变为铁素体，回火马氏体中的渗碳体转变为粒状渗碳体，所得到的产物为铁素体和极细的渗碳体组成的机械混合物。12淬火+中温回火基本可以使淬火内应力消除，具有较高的弹性极限及一定的韧性，并且屈服强度比较高。45钢在淬火+中温回火后的硬度低于t10的硬度，由2-11,2-12可以知，45钢淬火+中温回火后得到的组织为回火屈氏体，它是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，板条状马氏体平均分布在铁素体基体，t10淬火+高温回火后得到的较多的渗碳体使硬度略高于45钢。132.7 45钢与t10在高温回火后组织与性能分析45与

23、t10的高温回火金相组织如图2-13，2-14 图2-11 45高温回火组织 图2-12 t10高温回火组织由表2-1,表2-2知，淬火+高温回火后硬度与中温相比有所降低，这一阶段固溶体发生回复与再结晶，同时渗碳体颗粒不断长大，最终形成块状铁素体与球状渗碳体的混合组织，我们叫做回火索氏体。1445钢在淬火+高温回火后的硬度低于t10的硬度，淬火+高温回火得到的组织具有强度，硬度塑性和韧性都较好的力学性能。由图2-11,2-12可以知，45钢淬火+高温回火后得到的组织分布密集的渗碳体和铁素体，t10淬火后得到大量的呈现针状分布的马氏体，由于45钢淬火+高温回火得到的碳化物颗粒与t10较粗大，因此

24、在硬度上低于t10淬火+高温回火后的硬度。153 结论通常情况下回火温度越高、时间越长，强度、硬度越低，塑韧性指标越高。16回火温度越高，材料越快能达到该回火温度的平衡状态，随着回火温度的升高，硬度和强度降低，延性和韧性逐渐增高。碳钢的机械性能是由其组织和成分决定的，而组织是主要由含热处理工艺决定的，当含碳量很低时，钢的组织中主要是铁素体和少量珠光体，因此钢的强度，硬度较低，塑性韧性好，而随着含碳量的增加，钢中的铁素体减少，珠光体增加，钢的强度，硬度上升，塑性，韧性下降。淬火后经过回火，其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以防止使用时崩裂或者是损坏。参考文献1 吴小竹，朱震. 工程实习与训练m. 上海：上海科学技术文献出版社，2012.2 夏立芳.金属热处理工艺学.修订版m.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.3 刘贯军，郭晓琴.机械工程材料与成型技术m.北京：电子工业出版社，2011.4 周根然.工程材料与机械制造基础m.北京：航空工业出版社，1997.5 戴维斯.金属手册案头卷m.北京：机械工业出版社，2013.6 赵忠魁.金属材料学及热处理技术m.北京：国防工业出版社，2012.7 胡光立，吴锁春.钢的热处理m.北京：国防工业出版社，1986.8 周光万.金属工艺基础m.北京：