碳钢的热处理后硬度测定以和金相分析实验指导书

1、实验七 碳钢的热处理及硬度测定以及金相分析实验项目名称： 碳钢的热处理及硬度测定、金相分析实验项目性质：综合实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：4一、实验目的(1)熟悉碳钢的基本热处理(退火、正火、淬火及回火)工艺方法。(2) 了解含碳量、加热温度、冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。(3)分析淬火及回火温度对钢性能的影响。(4)学会洛氏硬度计的使用。(5)学会采用不同的热处理工艺，将会得到不同的组织结构，从而使钢的性能 发生变化。二、实验内容和要求热处理是一种很重要的金属加工工艺方法， 热处理的主要目的是改善钢材性 能，提高工件使用寿命。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温

2、度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生 改变。热处理之所以能使钢的性能发生显著变化， 主要是由于钢的内部组织发生了 质的变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构， 从而获 得所需要的性能。普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。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-FeC 相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。1、加热温度(1)退火加热温度：完全退火加热温度，适用于亚共析钢，Ac+ (3050C)；球化退火加热温度，适

3、用于共析钢和过共析钢,Aci+ (3050C)。(2)正火加热温度：对亚共析钢是Aq+(3050C)；过共析钢是AGm+(3050C), 也就是加热到单相奥氏体区。退火和正火的加热温度范围见图 2-1所示。图2-1退火与正火的加热温度word格式资料(3)淬火加热温度：对亚共析钢是 Aq+(3050C)；对共析钢和过共析钢是 Aci+ (3050C),见图 2-2。钢的临界温度 As Aq及Am,在热处理手册或合金钢手册中均可查到。再经计算可求出钢的热处理温度。也可以利用铁碳相图决定A、A及As点的温度再加上1020C即近似As Aq及Am,然后再计算热处理温度。表 2-1是各种碳钢的临界温度

4、)c700120011001000900A+ Fe C38000.81.6a 3F+ A a 16002.W(C)%图2-2淬火加热温度范围表2-1 各种碳钢的临界温度类别钢号临界点温度(C)淬火温度ACiAC3 或 ACmAriA3碳20735855680835860880素30732813677835850870结40724790680760840860构45724682682751840860钢5072569069075077080060725695695743860880碳T7730770700-780800素T8730-700-780800工T10730800700-760800具T

5、12730820700-760800钢760800(4)回火温度：钢淬火后必须要回火。回火温度决定于最终所要求的组织和 性能。按加热温度，回火可分为低温、中温及高温回火三类。低温回火在150250c 进行回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC60常用于切削刀具和量具；中温回火是在350500c进行回火，硬度约为HRC3545主要用于各类弹簧热处 理；高温回火是在500650c进行，所得组织为回火索氏体，硬度为HRC2535 用于结构零件的热处理；高于 650c的回火为珠光体，硬度较低。例如，45钢的回火温度经验公式如下T=200+K (60-X)式中K系数，当回火

6、后要求的硬度值大于 HRC30寸，K=11;当硬度值小 于 HRC30寸，K=12;X所要求白硬度值(HRC。2、加热时间热处理加热时间与许多因素有关，例如工件的尺寸、形状、使用的加热设备、 装炉量、钢的种类；热处理类型、钢材的原始组织、热处理的要求和目的等。上 述因素都要综合考虑，具体参考数据可查有关手册。3、冷却方法热处理的冷却方法至关重要，控制不同的冷却速度(即采用不同的冷却 方式)，可得到不同的组织，从而有不同的性能。(1)退火一般采用随炉冷却，冷到 500c左右，可以出炉空冷，不必在炉中冷到室温。(2)正火 多采用在空气中冷却，大件常进行吹风冷却。(3)淬火 采用急冷方式，即冷却速度

7、应超过钢的临界冷却速度， 以保证得 到马氏体组织，另一方面冷却速度应当尽量缓慢， 以减少内应力，避免变形和开 裂。为了调和上述矛盾，可以采用适当的冷却剂和冷却方式。 常用的淬火方法有 双液淬火、分级淬火、单液淬火、等温淬火等。常用的淬火介质有清洁的自来水、浓度为510%勺NaCl水溶液、矿物油等。三、实验主要仪器设备和材料1 、箱式电炉及控温仪表；2 .水银温度计；3 .洛氏硬度机；4 .抛光机；5 .金相显微镜；6 .冷却剂：水、油；7 .试样：20钢、45钢、T12钢。四、实验方法、步骤及测试结果1 .淬火部分的内容及具体操作步骤(1)根据淬火条件不同，分五个小组进行，见表 3-2(2)加

8、热前先将全部试样测定硬度，一律用洛氏硬度测定。(3)根据试样钢号，按照Fe-Fe3c相图确定淬火加热温度和保温时间(可 按1分钟/每毫米直径计算)。(4)各组将淬火及正火后的试样表面用砂纸磨平，以测出硬度值( HRC 填入表2-2。表2-2淬火实验组 别淬火加 热温度 (C)冷却 方式20钢45钢T12钢处理前 硬度处理后 硬度处理前 硬度处理后 硬度处理前硬 度处理后 硬度11000水冷2750水冷3860空冷4860油冷5860水冷注：14组各种钢号一块，5组除20、T12钢各一块外，45钢取五块，以供回火用。2 .回火部分的内容及具体步骤：(1)根据回火温度不同，分五个小组进行，见表 3

9、-3。各小组将已经正常淬 火并测定过硬度的45钢试样分别放入指定温度的炉内加热，保温 30分钟, 然后取出空冷。(2)有砂纸磨光表面，分别在洛氏硬度机上测定硬度值。(3)将测定的硬度值分别填入表2-3中。表2-3回火实验组别135回火温度200 c400 c600 c回火前HRC回火后HRC3 .洛氏硬度计测量方法：(1)选择合适的压头及载荷。(2)根据试件大小和形状选择载物台。(3)试件上下两面磨平，然后置于载物台上。(4)加预载荷，按顺时针方向转动升降机构的手轮，将试样与压头接触， 并观察读数百分表上小针移动至小红点上为止。(5)调整读数表盘，使百分表盘上的长针对准硬度值的起点，如测 HR

10、C HRAM度时，把长针与表盘上的黑字 G处对准；测量HRBM,使长针 与表盘上红字B对准。(6)加主载荷。平稳地扳动加载手柄，手柄自动长高至停止位置(时间为 57秒)，并停留10秒。(7)卸除主载荷。扳回加载手柄至原来位置。(8)读数。表上长针指示的数字为硬度的读数。HRC HRA读黑数字；HRB读红数字。(9)下降载物台，取出试样。(10)用同样方法在试件的不同位置测三个数据,取其算术平均值为试件的硬度值。4,各试样金相组织观察。观察和并绘画各碳钢不同热处理条件下的显微组织特征；5.注意事项(1)本实验加热和用的都为电炉，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

11、样时必须先切断电源。(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2030C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。(7)试件的准备：试件表面应磨平、且无氧化皮和油污等；试件形状应能 保证试验面与压头轴线相垂直，测试过程应无滑动。(8)压痕间距或压痕与试件边缘 HRA>2.5mmHRC>2.5mmHRB>4mm不同的洛氏硬度有不同的适用范围，应按附录表2选择压头及载荷。这是因为超出规定的测量范围时，硬度计的精确度及灵敏度均较差，以致结果的准确性较差。例如HRB102 HRC18?的写法是不准确的，是不宜使用的。五、实验报告要求：1 .实验报告要求内