号钢淬火回火实验

1、郑州航空工业管理学院金属材料及热处理课程设计学生专业：材料成型及控制工程学生姓名：学生学号：所在学院：机电工程学院指导老师：报告日期： 2015年5月14日目录一、实验综述(3)二、实验目的(8)三、实验设备(8)四、实验过程(8)五、实验结果(9)六、实验结果分析 (12)七、结论(12)八、参考文献(13)一、实验综述45号钢综述45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工,模具中常用来做模 板，梢子，导柱等，但须热处理。45号钢主要成分为Fe （铁元素），且含有以下 少量元素：CSiMnPSCrNiCu0. 42-0. 50%0. 17-0. 37%0. 50-0. 80W0 010%

2、W0 0450%W0 25%W0 25%W0 25%热处理是一种很重要的金属热加丄的工艺方法，热处理是根据钢在固态下组 织转变的规律，通过不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，达到改善刚 才性能的一种热加工工艺。热处理一般是山加热、保温、和冷却三个阶段组成的, 其基本工艺方法可分为退火、淬火及回火等，本次试验要求是淬火与回火。（一）钢的淬火钢的淬火：淬火是指将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度 的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火的的就是为了获得马 氏体，并与适当的回火工艺相配合，以提高刚的力学性能。为了正确地进行钢的 淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热温度

3、、保温时间和冷却速度。（1）淬火温度选择正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火加热温度的选择应以得 到细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织。淬火时的具体 加热温度主要取决于钢的临界点确定，钢的淬火温度可根据（如图1所示）进行 选择。对45#钢的亚共析钢，其加热温度为Ac3+3050°C,此实验釆用的加热温 度为790° o若加热温度不足（低于780°C的Ac3温度），则淬火组织中将出现铁 素体而造成强度及硬度的降低；但过高的加热温度（如超过Acm）不仅无助于强 度、硬度的增加，反而会由于产生过多的残余奥氏体而导致硬度和耐磨性的下降。11

4、oolooo真氏体78麻*体£珠鸟洛 比茶伴&次0 0?2 0.< 0.6 0.8161.8C%图表1（2）保温时间的确定淬火保温时间是指工件装炉后，从炉温上升到淬火温度时算起，知道出炉位 置所需要的时间。保温时间包括匸件透热时间和组织转变所需要的时间。保温时 间的影响因素比较多，与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方 法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如图表2所示。加热 温度（° C）工件形状圆柱形方形板形保温时间分钟/每亳米直径分钟/每亳米厚度分钟/每亳米厚度7001.52.238001.01.529000.81

5、.21.610000.40.60.8图表2（3）冷却速度的影响冷却是淬火的关键工序，它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：在这个前提下乂应尽量缓 慢冷却，以减少钢中的内应力，防止变形和开裂。为此，可根据C曲线图（如图 表3所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范圉（650550°C ）进行 快冷（即与C曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300100°C）时冷却速度则尽可能小些。图表3本实验将加热温度定在790 °C,保温30分钟后进行水冷。为了保证淬火效果, 应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火

6、等）。不同的冷却介质在不同的 温度范围内的冷却速度有所差别。各种冷却介质的特性见表4。表4几种常用淬火介质的冷却能力冷却介质在下列温度范围内的冷却速度（°C/秒）650550°C300 200°C18°C的水60027050°C的水10027010%NaCl水溶液（18°C）110030010%NaoH水溶液（18°C）120030010%NaoH水溶液（18°C）800270蒸憎水（50°C）250200硝酸盐（200°C）35010菜籽油（50°C）20035矿务机油（50

7、6;C）15030变压器油（50°C）12025（二）钢的回火回火是将淬火后的零件加热到低于A1的某一温度并保温，然后以适当的方 式冷却到室温的热处理工艺。钢经淬火后得到的马氏体组织硬而脆，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 在使用过程中将会山于变形引起尺寸变化而失去精度，棋至开裂。因此钢淬火后必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的性能。图表5为45钢淬火后经不同温度回火后的组织及性能。类型回火温度(° C)回火后的组织回火后硬度(HRC)性能特点低温回火150250回火马氏体+残余奥氏体+碳化物60 57硬度高，

8、内应力小中温回火350500回火屈氏体35 45硬度适中，有较高的弹性咼温回火500650回火索氏体20 33具有良好塑性、韧性和一定强度相配合的综合性能图表5对碳钢来说，回火工艺的选择主要是考虑回火温度和保温时间这两个因素。也可 以采用经验公式近似地估算回火温度。例如45钢回火温度的经验公式为：T (°C) 200+K (60- x )式中：K系数，当回火后要求的硬度值HRC30时，K二11； <HRC 时，K 二 12。x所要求的硬度值(HRC)。回火温度：在实际生产中通常以图纸上所要求的硬度要求作为选择回火 温度的依据。回火冷却方式：碳钢回火时，一般采用在空气中冷却。(3

9、)观察金相操作方法掌握金相显微试样的制备过程和基本方法，并观察、认识其金相显微组织；(1) 实验仪器及材料1仪器：台式金相显微镜、预磨机、砂纸、抛光机、吹风机等。2材料；待磨试样每人一块；各号金相砂纸一套；腐蚀剂；无水乙醇；4 %硝酸酒精；制备好的工业纯铁试样，棉球、镇子等。内容在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的金相显微组织时，需要在该 材料的典型部位截取样块，然后通过一系列的制备过程，制成符合要求的金相显 微试样。即在金相显微镜下可以观察到很清晰的金相显微组织，其整个过程即为 磨片。机械抛光机械抛光可分为粗抛和细抛两个步骤，均在抛光机上进行。粗抛时转速要高 些，细抛或抛软材料时转速要

10、低些，所用抛光材料山抛光布和抛光粉，抛光布蒙 在抛光盘上，不同要求应适当选用不同的抛光布。粗抛时常用帆布、粗呢等，精 抛时常用绒布、细呢、丝绸等。机械抛光的方法及注意事项如下：A. 抛光粉要配制成抛光液使用，比例大约为水：粉= 20： 1左右。B. 抛光时应使试样磨面均衡地压在旋转着地抛光盘上，压力不宜过大，并 应使试样沿抛光盘的半径方向从中心到边缘来回移动。C. 抛光过程中要不断注入适量的抛光液，抛光布上的抛光液不宜太多或太 少，以试样表面提起后儿秒内能干为宜。D. 抛光后期，应使试样在抛光盘上各方向转动，以防止钢中夹杂产生拖尾 现象。E. 抛光时间不宜过长，以防抛光表面层金属变形。(3)化

11、学浸蚀经抛光后而没有浸蚀的试样在显微镜下除了能观察到非金属夹杂物(石墨、 氧化物、硫化物等)及其本身所具有的孔洞、裂纹等缺陷之外，看不到金属内部 的组织，必须经过浸蚀。利用化学浸蚀剂，通过化学或电化学作用显示金属的组织：浸蚀方法：将已抛光好的试样磨面先用轻水冲洗干净，然后用酒精棉清擦一 遍，再将试样浸入浸蚀剂中，或用毀子夹着瑟上浸蚀剂的棉球擦其磨面。浸蚀的 时间依不同合金及不同组织而定，一般碳钢和铸铁浸蚀的时间大约在1013秒 内即可。用酒精冲洗干净，吹干，将浸蚀完的试样放在显微镜下，就可以观察到 金属内部的显微组织。化学浸蚀剂种类很多，一般碳钢及铸铁所用浸蚀剂为35%的硝酸酒精。(4) 电子

12、摄像技术将磨好的金相试样放在显微镜的载物台上，选好放大倍数以后，调整粗调手 轮和微调手轮，直接在与显微镜相连的电脑显示屏幕上调清楚焦距，获得清晰的 金相图片。二、实验目的1. 学习热处理加热炉、硬度计、金相显微镜等设备的原理、结构以及操作规范。2. 学习45钢淬火、回火热处理规范、硬度测试规范、金相试样加工规范、组织 测试规范。让我们理论联系实践更加充分的学习理解我们所学的知识。三、实验设备1、箱式电阻炉；型号：砂型sx2-4-10；额定功率4kw：额定电压220v；额定温度 1000°C；炉膛尺寸300X200X 120mm。2、淬火：水(使用温度约20°C)3、TH30

13、0洛氏硬度机砂轮机：金相砂纸；MP0TM160E磨抛机：吹风机：抛光剂氧 化辂抛光织物：纺绸OLYMPUS GX51光学显微镜：放大倍数分别为：200倍，400 倍，500倍。4、试样材料：45钢四、实验过程1、热处理前硬度测试对工件进行略微打磨，测量试样的硬度一共5次。LI的是去 除丄件表面的氧化物，使测量结果更准确。2、对45钢进行淬火(1) 打开加热炉。使其温度上升790。C将试样置于加热炉中待温度上升到850。C 开始计时，保温30分钟；(2) 30分钟后取出放入水中进行水冷；(3) 待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。对试样进行抛光腐蚀后观 察金相；(4) 测量试样的硬度一共

14、5次。并计入表格中。3、对43钢进行回火（1）打开加热炉。使其温度上升到500。C将试样置于加热炉中待温度上升到300 °C始计保温时间30分钟；（2）保温后断开开关使得试样随炉冷却到34CTC以下，取出空冷至室温；（3）待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。对试样进行抛光 腐蚀后 观察金相；（4）测量试样的硬度一共5次。并计入表格中五、实验结果1、淬火前的硬度测量次数12345硬度 (HRC)21.022.319.819.520.5图表7分析：试样中心和边沿的硬度明显不同，测量时尽量选择中心处测量。可以减小 因测量点不同或人为操作失误造成的误差。2、淬火后的硬度淬火硬度随加热

15、温度的变化趋势图If系列150505-050776655 44O75707607907807於308508860708测量次数12345硬度(HRC)51.249.751.550.251.8图表8分析：与淬火前相比，淬火后的硬度明显增大。说明适当的淬火可以增大材料的 硬度。3、回火后的硬度时 > 间12345平均0.540.541.240.641.840. 140.7图表10分析：与淬火前相比，回火后钢的硬度明显大于钢的原始硬度，但比淬火后的硬 度小些。 说明回火后钢的硬度降低了。45钢不同加热温度下500回火硬度图114、45号钢工艺照片淬火后在显微镜观察到的组织图12ffilS回火后在显微镜下观察到的组织图14图15六、实验结果分析图像分析与讨论：整体图象比较暗，可能是山于光源亮度不够所造成；结构区分不十分明显, 可能是山于热处理时未达到淬透要求致使过冷奥氏体转变不彻底所造成试验中，钢淬火加热后，必须迅速在水中冷却。这是因为水的冷却速度快, 防止奥氏体转变为珠光体而得不到需要的马氏体组织。通过淬火，钢的硬度得到 了明显的提高。淬火钢在回火过程中发生了一系列的组织变化，这必然会引起机械性能发 生相应的变化。淬火钢的回火，实质上是一个软化过程，性能变化的总趋势是， 随着回火温度的升高，硬度、强度降低，而塑性、韧性提高。七、结论根