旋耕刀淬火与高温回火组织研究

1、XX大学毕业论文（设计）2016届材料成型及控制工程专业 班级题 目旋耕刀淬火与高温回火组织研究姓 名 学号指导教师 职称教授-0-六年五月二十四日内容摘要旋耕刀作为耕作机上的重要工作部件，它的工作性能好坏、寿命长 短直接影响着耕作机的工作质量、土壤被破碎的程度。旋耕刀的工作条 件比较恶劣，多为潮湿或有腐蚀性的土壤，容易发生摩擦磨损失效。因 此，科学有效的提高旋耕刀材料的硬度已成为迫在眉睫的重要任务。提 高旋耕刀材料的硬度能够有效节约能源，提高耕作机的工作效率，进而 提高农业生产的综合效益。针对制备的旋耕刀试样进行不同参数的热处理实验。对经过热处理 前后的材料进行硬度测量分析，在淬火和不同的回

2、火温度、不同的回火 保温时间和回火冷却方式的条件下进行热处理实验，通过分析得出各因 素对材料硬度的影响关系。材料通过不同的热处理工艺会得到不同的显微组织。通过对试样材 料进行不同的热处理，借助金相显微镜观察其微观组织的变化，通过组 织变化分析对硬度的影响规律。随着淬火，回火温度的不同，回火保温 时间的不同，回火冷却方式的不同，材料的显微组织有着明显的变化。 当材料经过淬火后其微观组织为淬火马氏体，材料的硬度有明显提高； 经过高温回火后其微观组织为回火索氏体，但材料的硬度却有略微的下 降。在淬火与高温回火的大前提下，得到旋耕刀材料获得最大硬度时的 最佳热处理工艺参数为：回火加热温度为480,回火

3、保温时间为12min, 冷却方式为油冷。关键词：旋耕刀；热处理；硬度；微观组织Researching Rotary Knife Quenching AndTempering OrganizationAuthor： Mu Shan Shan Instmctor： Cheng ZhaoAbstractRotaiy knife work as an important part of farming machines, its performance is good or bad, directly affects longevity tiller quality of the work, the

4、degree of soil to be broken. Rotaiy knife relatively poor working conditions, mostly humid or corrosive soil, prone to friction and wear failure. Therefore, scientific and effective to increase the hardness rotary knife materials has become an important task imminent. Rotaiy knife to improve the har

5、dness of the material can effectively save energy and improve the efficiency of fanning machines, thus improving the overall efficiency of agricultural production.Experiment with different parameters heat treatment Rotary knife for sample preparation. After heat treatment of the material before and

6、after the hardness measurement and analysis, in the quenching and tempering of different temperatures and different times and conditions tempering Tempering cooling heat-treated experiment, obtained tluough the analysis of various factors affect the relationship between the hardness of the material.

7、The inicrostmctiire of the material obtained by different heat treatmentprocess will be different. The sample material by different heat treatment, by means of optical microscopy to observe the changes of microstructure by analyzing the influence of organizational changes on hardness. With different

8、 quenching and tempering temperature is different, different, tempering cooling tempering holding time, the micro stmctiire of the material has a significant change. Wlien the material after hardening it is quenched martensite microstructure, hardness of the material has significantly improved; decr

9、eased after tempering its micro structure is tempered sorbite, but there is a slight hardness of the material.In the quenching and tempering of the premise, the optimum heat treatment parameters to obtain rotary knife material for maximum hardness of: tempering heating temperature of 480 , tempering

10、 holding time of 12inin, cooling oil cooling.Key words:rotaiy knife; heat treatment; hardness; microstmctiire TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第1章综述1概述1旋耕刀的概念1旋耕刀的种类1旋耕刀的研究背景2旋耕刀的研究现状2提高旋耕刀硬度研究的意义21. 5本文的研究目标和主要内容41. 5. 1本文研究的主要目标51.5.2本文研究的主要内容5 HYPERLINK l bookmark16 o Curre

11、nt Document 第2章选题依据7专业相关主修课程7国内外研究现状7研究方法82. 3. 1热处理概述82. 3.2 淬火92. 3.3 回火9 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第3章实验材料和设备123. 1实验材料123. 1. 1 65Mn是旋耕刀的主要成分123. 1.2 65Mn 简介123.2实验前试样的准备13. 1实验前对旋耕刀的切割14.2整理试样14主要实验设备153. 1中走丝电火花数控线切割机153.2 TH300数显洛氏硬度计163.3实验用的中温箱式电阻炉（附测温控温装置）163.4奥林巴斯OLYMPUS G

12、X51型金相显微镜173.5 XQ-2B 镶嵌机173. 6 MoPaol60E 型磨抛,机18其他实验设备19 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第4章实验过程214. 1原始硬度测量和组织观察214. 1. 1原始硬度测量214. 1.2原始组织观察21淬火过程211淬火工艺参数的选择22淬火23淬火后硬度测量24高温回火过程244. 3. 1回火工艺参数的选择244. 3.2高温回火263.3回火后硬度及组织观察26 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第5章实验结果与分析28各阶段硬度测量

13、结果及分析281. 1各阶段硬度281.2硬度分析285.2热处理前后组织结果及分析29热处理前后组织观察结果29组织分析33 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 第6章结论35致谢36参考文献37旋耕刀淬火与高温回火组织研究作者：XX指导老师：XX教授第1章综述概述旋耕刀作为旋耕机的重要工作部件，刀的形状和参数等直接影响旋 耕机的使用寿命和工作质量。因此一大批学者都格外重视旋耕刀的研究 工作。旋耕刀的概念用于农田挠地使用的旋耕机配件，呈刀状，因此称为旋耕刀。旋耕刀的种类旋耕刀作为旋耕机的重要工作部件，它可分为凿形刀、弯刀、直角 刀等。（1）凿形

14、刀。借助其前端尖头或者平口形的刀口凿切而进入土壤并碎 土，适宜在杂草较少的田地工作。还有一种凿形刀是有弹性的，多用于 在多杂质的土地里工作。（2）直角刀。刃口平直，由纵切刃和横切刃组成，两刃口呈90度，刀 身宽，刚性好，砍切能力比较强强，适合旱地作业。（3）弯刀。前端部分为正切刃和侧切刃。适宜于杂草比较多的水田工作, 属于典型的旋耕刀刀型。旋耕刀的研究背景耕作机作为农业耕作的重要机械，旋耕刀又是耕作机的重要作业部 件，所以旋耕刀一直是众多学者的重要研究目标。从旋耕刀应用至今， 提高工作效率、降低能耗一直是旋耕刀研究的重要目标，由此也取得了 很大的进展。但是，作为恶劣环境下作业的旋耕刀，经常在潮

15、湿和带腐 蚀的土壤中工作，磨损是它失效破坏的主要形式。如何提高旋耕刀的硬 度，从而提高旋耕刀的耐磨性，近年来越来越受到学者的重视。旋耕刀的研究现状长久以来，人们对提高旋耕刀材料的硬度、强度等性能进行了不懈 的努力和实验研究。当前，国内外在提高旋耕刀硬度和寿命方面的研究 主要有以下几种方法：一是使用较高硬度的耐磨材料；二是组合设计设 计旋耕刀，对磨损后破坏的部分进行及时更换，降低使用成本；三是应 用耐磨合金喷涂耐磨损材料；四是应用恰当的热处理工艺或者通过表面 强化等方法提高材料的硬度。长久以来，这几种方法在不同程度上都得 到了广泛的推广与应用。提高旋耕刀硬度研究的意义在当今科学与生产技术日新月异

16、发展的条件下，市场的需求是瞬息 万变的，这就要求包括农业机械在内的新产品设计制造周期短，质量高, 成本低，增加产品的竞争力。因为中国是个名副其实的人口大国，底子 薄，要想跻身于世界先列，这必然会对农机行业产生很大的影响。农业 机械的使用寿命和低能耗一天天成为了全球市场竞争的重要追求目标。因此，科学有效的提高旋耕刀的质量非常迫切。旋耕刀作为耕作机的重要触土部件，据统计，旋耕刀的平均寿命只 有80小时。在作业过程中，旋耕刀不断地与土壤和农作物发生相互作用， 作业效率与此关系密切，能耗因此也会增加。节能高效已经成为当今机 械工业技术的发展趋向，农作物对旋耕刀的摩擦、磨损具有典型的代表 性，土壤对旋耕

17、刀的摩擦主要体现在对农耕机械作业的阻力上。土壤对 旋耕刀的磨损不但影响旋耕刀的寿命，还严重影响它的使用性能。硬度 对耐磨性的影响不言而喻，所以研究如何提高旋耕刀材料的硬度对提高 旋耕刀的使用寿命和工作性能具有重要意义。（1）硬度低下是缩短旋耕刀使用寿命的主要因素旋耕刀作为耕作机的主要工作部件，提高其使用寿命和质量刻不容 缓。硬度直接影响着材料的耐磨性能的好坏，据有关统计，硬度低下导 致的磨损是缩短旋耕刀寿命的主要因素，国外统计了多种农业机械零件 的报废，在零件的报废中，约八成多的报废是由磨损造成的，对于国家 整体经济来说，造成的经济损失是非常巨大的。而且损坏的零件绝大多 数也是因为磨损。磨损不

18、仅是工作零件的失效形式，也是引发其它失效 的直接原因。（2）硬度低下产生经济损失在农业机械耕作时，因旋耕刀硬度低下，而引发土壤对旋耕刀等的 磨损破坏产生了很大的经济损失。从整个国民经济来看，硬度低下的磨 损所导致的经济损失数额之大真是出乎所有人的意料。1986年统计结果 显示我国生产农业耕具所需要用钢量为3万多吨，每年因磨损残留在地 下的金属就有8千多吨，占到近乎用钢总量的30%。除此之外，当旋耕 刀与土壤接触时间增长时，磨损也会随之增大，耕作机的工作效率就会 降低，耕作质量也随之下降，耗能增加，经济效益大大降低。性能的进 一步降低必将导致零件损坏被迫停工维修或更换，这样一来产生的经济 损失可

19、能是很大的。（3）提高旋耕刀材料的硬度具有很高的经济效益中国机械工程学会通过对机械、农机、农机、纺织和交通等行业的 初步调查，估计通过提高材料的硬度减少磨损破坏，每年可为国家节约 上百亿元，占国民经济总值约1.2%,而在这方面的研究与应用的投资还 不到1/50就可以。因此，对于农业耕作机，提高其关键工作部件材料的 硬度可以大大减少经济损失，而节省的经济会大大超过最初的小额投资。 也就是说这是一个低投入高收益的举措。提高旋耕刀材料的硬度不仅可 以改善耕作机的使用寿命，减少能耗，而且还可以促进国民经济发展以 及带动科学技术的革新。我国是一个名副其实的农业大国，旋耕刀是耕作机的重要易损件， 因此，开

20、发研制性能优越，适应不同土壤环境，使用寿命长，经济性良 好的旋耕刀，对于加速农业生产具有积极的意义。同时，依据试验设备 和试验方法，对其材料进行进行鉴别、分析和性能测定，可以为旋耕刀 部件在今后的实际生产中的应用提供可靠的参考依据。本文的研究目标和主要内容查阅相关资料得知，从建国以来，虽然我国关于旋耕刀设计的水平 有了很大程度的提高，但是现代科技的进步和革新是十分迅速地，以当 今的观点看，许多旋耕刀的效率低下，容易受磨损破坏，耗费较大，已 经不能满足生产日益发展的要求，急需更新和研发生产新品种。随着国 民经济的快速发展，农业机械自动化程度得到不断改善提高，而伴随而 来的材料和能源耗费的问题也一

21、天天凸现出来。所以，提高材料的硬度 从而改善材料的耐磨性等问题在农业生产中迫切的需要被有效解决。一 般在设计产品的过程中很容易忽略硬度低下而导致的磨损，只是觉得这 是正常的，或者应对的方法过于简单，结果效果不好甚至起反作用。因 此，本文通过研究不同的热处理工艺下的旋耕刀材料的组织和硬度，从 而得到获得最大硬度的最佳热处理工艺参数以及此时材料的微观组织。本文研究的主要目标本文主要对旋耕刀材料进行淬火与高温回火热处理实验，通过单因 素和多因素实验对旋耕刀的材料进行不同的热处理，对经过处理的每一 件试样进行前后硬度测量，并且用光学显微镜观察记录每一次热处理前 后的组织形态变化，得出其具有最大硬度时的

22、最合理的热处理工艺参数, 为旋耕刀的硬度提高研究提供理论基础和实验依据。本文研究的主要内容(1)通过正交试验对旋耕刀材料进行不同条件下的热处理，包括不 同的回火温度、不同的回火保温时间、不同的冷却方式等工艺参数下的 试验。对经过不同热处理后的材料分别进行硬度试验和组织分析。(2)采用TH300数显洛氏硬度计对进行了不同热处理工艺后的试样 进行硬度测量，以确定材料硬度的变化规律。以此来分析不同热处理工 艺参数对材料硬度的影响，从而得出旋耕刀材料获得最大硬度条件下的 最佳热处理工艺参数。(3)采用奥林巴斯OLYMPUS GX51型金相显微镜对旋耕刀材料进行 不同的热处理工艺前后的金相组织进行对比分

23、析，总结材料组织各成分 对硬度的影响，进而得出使材料获得最大硬度的金相组织结构继而确定 获得该组织时的最佳热处理工艺参数。第2章选题依据专业相关主修课程在学习了高等数学、大学物理、材料成型及控制工程概论、计算机 编程技术、大学英语等基础课程的基础上，本专业主要学习工程力学、 材料科学基础、机械设计基础、材料分析测试技术、普通化学、工程材 料学、表面工程学、物理化学、电工电子技术、互换性与技术测量、自 动控制原理、铸造成形原理、焊接成形原理、金属塑性成形原理、金属 材料及热处理、材料加工过程计算机模拟仿真、塑性成形工艺及模具设 计、塑性成形设备、焊接工艺学等专业基础和专业课程知识。主要专业实验：

24、CAD上机实验、机械设计基础课程设计、金属材料热 处理课程设计、材料科学与工程基础实验、材料成型综合性设计与制作 等国内外研究现状旋耕机是一种由动力驱动旋耕刀来完成耕耙作业的农业耕作机械。 日本在上个世纪20年代从欧美引进旋耕机改装进行田地试验后，发现直 角刀不太适合水田耕种。于是一大批日本的科学研究者开始致力于旋耕 刀的研究，如松尾昌树等。日本研制生产的鸵刀，非常高效的解决了刀 轴缠草等问题，至此旋耕机在日本的农业机械耕作中发挥了重要的作用。 上世纪70年代以来，日本学者继续就旋耕刀的工作负荷等特性，旋耕刀刃 口曲线的设计方法、正切面的最佳形状及逆转旋耕的基础设计理论等方 面进行了研究，更加

25、深化了人们对旋耕刀的认识。除日本外，美国的James G Hendrick 及 William R Gill、苏联的 Sineokov TH、西德的 Sohne 等 也对旋耕刀进行了研究。我国在上世纪50年代引进并研发生产出适合我 国南方水田复杂耕作的要求，后来形成了 T.S系列等14个品种。接下来 的几年，我国大批学者继续了对旋耕刀的研究，并且有了新的进展，如用 圆弧作刃口线和用曲元线扫描形成正切面，平面型正切面的设计理论的 实验研究，CAD绘图技术的应用，下切式节能刀的开发生产，旋耕刀三维抛 土特性的设计研究等。前几年，有学者又提出了潜土逆转耕耘这一重要 理论。我国是一个名副其实的农业大国

26、，旋耕刀是耕作机的重要易损件， 因此，开发研制性能优越，适应不同土壤环境，使用寿命长，经济性良 好的旋耕刀，对于加速农业生产具有积极的意义。同时，依据试验设备 和试验方法，对其材料进行进行鉴别、分析和性能测定，可以为旋耕刀 部件在今后的实际生产中的应用提供可靠的参考依据。研究方法通过对旋耕刀材料进行淬火和高温回火的热处理，观察其热处理前 后的组织及硬度变化，依据组织及硬度的变化确定出材料获得最大硬度 时的最佳热处理工艺参数以及此工艺参数下获得的组织结构。热处理概述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，以改变其内部组织结构，达到改善钢材性能的一种热加工工艺。 热处

27、理一般是由加热、保温和冷却三个阶段组成的，其基本工艺过程可 以用热处理工艺曲线来表示，如图2T所示。图27热处理工艺曲线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。因此，淬火的目的就 是为了获得马氏体，提高机器零件等的硬度、强度和耐磨性。回火将淬火后的零件加热到低于Acl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称为回火。目的1）获得所需的力学性能。2）减少或消除应力。3）稳定钢的组织和尺寸。回火时的组织转变随着回火温度的升高，淬火钢的组织发生以下四个阶段的变化。1）马氏体的分解淬火钢在100（以下回火时，内部组织

28、的变化并不明显，硬度基本上也不下降。当回火温度大于100时，马氏体开始分解。马氏体中的碳以 碳化物(Fe,4C)的形式析出，使过饱和度减小。到350C左右时，a 相中含碳量降至接近平衡浓度，马氏体分解基本结束，。相与-Fe,C保 持共格关系。但此时Q相仍保持针状特征。这种由极细-Fe7c和低饱 和度的a相组成的组织，称为挥霍马氏体，因易腐蚀，颜色较淬火马氏体 暗，如图2-2所示。a.淬火马氏体(850X)b.回火马氏体(850X)图2-2高弹钢淬火马氏体和回火马氏体2)残余奥氏体的转变回火温度在200C和30CTC时，马氏体分解为回火马氏体。此时，体 积缩小并降低了对残余奥氏体的压力，使其在此

29、温度区内转变为下贝氏 体。残余奥氏体从20CTC开始分解，到300C基本完成，得到的下贝氏体 并不多，所以此阶段的主要组织仍为回火马氏体。此时硬度有所下降。3)回火托氏体的形成在回火温度25(rc、40(rc阶段，因碳原子的扩散能力增加，过饱和固 溶体很快转变为铁素体。同时亚稳定的e碳化物也逐渐转变为稳定的渗 碳体，并与母相失去共格联系，淬火时晶格畸变所存在的内应力大大消 除。此阶段到40(rc时基本完成，其所形成的由尚未再结晶的铁素体和细 颗粒状的渗碳体组成的混合物，称回火托氏体（自）。此时硬度继续下 降。4）渗碳体的聚集长大和铁素体再结晶回火温度达到400（以上时，渗碳体逐渐聚集长大，形成

30、较大的粒状 渗碳体，到60CTC以上时，渗碳体迅速粗化。同时，在45CTC以上铁素体 开始再结晶，失去马氏体原有形态而成为多边形铁素体。这种由多边形 铁素体和粒状渗碳体组成的混合物，称为回火索氏体。第3章实验材料和设备实验材料65Mn是旋耕刀的主要成分通过分析旋耕刀的工作环境和工作工作特点，在材料的选取方面考 虑两方面的因素：一是应具有最佳的效能；二是应用对象是低收入的大 众农民百姓。因此，结合目前生产的实际情况，65Mn是国内农机刀具普 遍采用的材料。65Mn 简介65Mn钢是一种高碳合金钢。我国镒资源丰富，价格相对低廉，用途 广泛，工艺性能好，镒作为炼钢时良好的脱氧剂，还能削弱因硫引起的

31、热脆性，所以，它常常被作为主要的合金元素。65Mn钢含镒较多，与其 它牌号的钢材相比，65Mn钢具有含碳量高、弹性极限大、淬火和回火后 屈强比（乏/不）高以及价格低廉等优点，除此之外还含有一定量的硅元 素，硅在钢中不形成碳化物，而是固溶于铁素体中，产生固溶强化作用， 显著提高了钢的硬度和强度。65Mn钢具有较高的硬度，并且经过适当的淬火处理后其硬度将大幅 提高，使其表现出很高的耐磨性。大量的实验研究表明，65Mn弹簧钢最 适合制造各种犁锌、旋耕刀、灭茬刀等农业机械中的土壤工作部件。所 以，几十年来，国内外一直采用65Mn弹簧钢制造各种土壤工作部件和小 截面的各种圆弹簧、弹簧发条等；也适于制造气

32、门弹簧、油泵调速弹簧,减震器和离合器簧片、刹车簧等。65Mn弹簧钢是国外早期研制的常用弹簧钢种之一，我国参照国外牌 号引进研制而成，一直是弹簧行业最常用钢材之一。与其它钢相比，其 淬透性和强度较高，脱碳倾向较小，具有较好的综合机械性能，但此钢 有过热敏感性，极易产生淬火裂纹，并且有回火脆性。65Mn钢是比较理想的刀具材料，但必须采用合理的热处理工艺才能 获得理想的金相组织和性能，比如：细化晶粒；合理淬火（等温淬火， 分级淬火，更换淬火介质等）和充分回火，降低内应力，以获得高硬度 的金相组织等。实验前试样的准备实验用旋耕刀片65Mn钢的化学成分见表3-1所示：表3T 65Mli钢的化学成分（）C

33、SiMnCrNiSP0. 620. 670. 170. 370. 91.2=0. 25=0. 25=0. 045=0. 04表3-2 65Mli的相变临界点（ ）AclAc3AriAr3Ms72676568974127065Mn钢材料的原始组织主要是由铁素体和较细的珠光体组成的。其显微 组织如图3T所示，黑色的为珠光体，白色的为铁素体。a. (500 x)b. (lOOOx)图37 65Mn原材料的显微组织实验前对旋耕刀的切割旋耕刀如图3-2所示图3-2旋耕刀采用中走丝电火花数控线切割机对旋耕刀进行切割，切割出10块试样整理试样在砂轮机上对初试样毛刺进行打磨，然后用清水清洗试样，整理后 的试样

34、如图3-3所示图3-3整理后试样主要实验设备中走丝电火花数控线切割机中走丝电火花数控线切割机如图3-4所示图3-4中走丝电火花数控线切割机中走丝电火花数控线切割机属往复高速走丝电火花线切割机床范 畴，是在高速往复走丝电火花线切割机上实现多次切割功能。中走丝线 切割机床组成为机床主体、工作液系统、高频电源及数控和伺服系统。ifTH300数显洛氏硬度计TH300数显洛氏硬度计如图3-5所示图3-5 TH300数显洛氏硬度计TH300数显洛氏硬度计属于台式洛氏硬度计，它采用洛氏（ROCKWELL） 测量原理。广泛应用于计量、冶金、化工、机械制造、建材等行业的科 研、检测和生产。它的功能特点是其采用比

35、较特殊的压头结构，除了可 以进行一般洛氏硬度计所能完成的测试外，还能够测试传统洛氏硬度计 无法测到的表面，如管状、环状等零件的内表面。实验用的中温箱式电阻炉（附测温控温装置）图3-6实验用的中温箱式电阻炉（附测温控温装置）该中温箱式电阻炉的型号规格为SX-5-12,额定功率为5KW,额定温 度是1200砂纸直径为250mm；电动机型号为YSS6324,功 率为250肌 重量为30Kg；外形尺寸为370mmX670mniX310mm。其他实验设备(1)台式砂轮机(2)单目金相显微镜(4*BI)(3)金相砂纸(4)吹风机(5)冷却剂：水(室温)(6)冷却剂：机油(室温)(7)金相腐蚀剂(硝酸4%与

36、乙醇配制)(8)乙醇(9)棉球图370台式砂轮机图371单目金相显微镜（4*BI ）第4章实验过程原始硬度测量和组织观察原始硬度测量在金相砂纸上对10号试样进行打磨，先用粗砂磨，继而换做细砂， 打磨至平整光亮时，用300数显洛氏硬度计测量10号试样的硬度，并 求出平均值，此值即为材料原始硬度值。原始组织观察(1)制备10号金相试样硬度测量之后，继续在金相砂纸上磨抛，打磨至表面平整光亮无明 显划痕，这时换用带有磨料的MoPaol60E型磨抛机上进行磨抛，一段时 间后用清水冲掉磨料，然后用配制好的金相腐蚀剂腐蚀试样，片刻之后, 再用蘸有酒精的棉球擦拭试样，然后用吹风机冷风吹干试样。(2)观察组织金

37、相试样制备好了之后，先用单目金相显微镜(4*BI)粗略的观察 金相组织，如果看不到组织或者表面有杂质则需重新制备金相试样。如 果在单目金相显微镜(4*BI)中可以清楚看到组织，则换用奥林巴斯 OLYMPUS GX51型金相显微镜进行金相观察并拍金相组织照片。淬火过程淬火是指将钢加热到大于临界温度，保温之后选择大于临界冷却速 度的速度进行冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火工艺参数的选择淬火工艺包括淬火加热温度、保温时间和冷却条件等。工艺参数的 选择应遵循一定的原则。（1）淬火加热温度淬火加热温度应该以得到细小的奥氏体晶粒为原则来选择，以便于 淬火后获得细小的马氏体组织。淬火温度主要根据

38、钢的临界点确定，亚 共析钢通常加热至Ac3以上30-50（；共析钢、过共析钢加热至Acl以上 30-50o钢的淬火温度范围如图4T所示。图4-1钢的淬火加热温度65Mn属于亚共析钢，所以通常加热至Ac3以上30-50七。除此之外, 材料的淬火加热温度还与工件尺寸和形状、技术要求、淬火介质和淬火 方法等因素有关。一般在空气炉中加热要比在盐浴中加热高出10-302。 如果选用油冷则加热温度要比水冷提高2（TC左右。综上所述，结合选用 的材料以及要获得较高的硬度，选用实验用的中温箱式电阻炉（附测温控 温装置）加热，加热温度范围为800-840,最终确定为830C为淬火加 热温度。（2）淬火保温时间淬

39、火保温时间是指工件装炉后，炉温上升到淬火温度时开始算起， 直到出炉时为止所需要的时间。保温时间包括工件淬透时间和组织转变 所需的时间。保温时间的影响因素比较多，它与加热炉的类型、钢种、 工件尺寸大小等有关，一般根据热处理手册中的经验公式t=k.d确定。查阅热处理手册得知系数k选定为1.2； d为工件的厚度，用游标卡 尺测得工件平均厚度为8. 12mm；计算得知t为9. 74min,最终确定淬火 保温时间为10mino（3）淬火冷却介质冷却是淬火的关键，冷却的好坏直接决定了钢淬火后的组织和性能。 冷却介质的冷却能力越大，钢的冷却速度越快，就越容易超过钢的临界 淬火速度，则工件极易淬硬，淬硬层深度

40、会越深。水冷容易导致淬火零件变形开裂，而油冷可大大降低淬火工件的相 变应力，减小工件变形和开裂倾向。所以在此选择油冷的冷却方式。淬火打开实验用的中温箱式电阻炉（附测温控温装置），温度设定为 830,准备好冷却用的机油，待电阻炉输出温度达到830C时，分别放 入1-9号试样，关闭电阻炉炉门，待输出温度升高并稳定在83（TC时开始 计时，lOmin后取出1-9号试样，分别放入提前准备好的机油中冷却，如 图4-2所示。图4-2淬火后油冷厂9号试样淬火后硬度测量把淬火后的试样按顺序排列后，为了测量硬度，所以对1-9号试样 一一进行磨抛，待表面平整光亮无杂质时分别测量其硬度并记录。高温回火过程回火是将淬

41、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。回火的目的是为了稳定攻坚组织和尺寸，减小或消除淬火应力，提 高钢的塑性和韧性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足 不同工件的性能要求。回火工艺参数的选择制定钢的回火工艺时，应该根据钢的化学成分、零件的性能要求和 工件淬火后的组织及硬度来选择回火温度、保温时间、回火冷却方式等, 目的是保证工件回火后能够获得所需要的性能。(1)回火温度决定工件回火后的组织和性能最重要的因素是回火温度。生产中根 据工件所要求的力学性能、所用的回火温度的高低，可将回火分为低温 回火、中温回火和高温回火。在此我们选择用高温回火

42、，回火温度设定为480、560、640o(2)回火保温时间除了回火温度这个主要因素，回火保温时间也是决定工件回火后硬 度的一个关键因素。随回火保温时间的延长，工件硬度将下降，尤其在 回火温度较高时，此现象更为明显。回火保温时间应保证工件透热，同时保证组织转变充分进行。实际 上，组织转变所需时间并不是很长，实验证明一般不大于30min,而透热 时间则随温度、共建的有效尺寸、装炉量以及加热方式等的不同而波动 较大，一般为13h。据此，在一般情况下，如工件有效尺寸或装炉量较 大，回火时间要长些；空气炉中回火时间要比油炉或浴炉中长些等。回火保温时间一般可参考下列公式确定：tk = Kh + 4*o查阅

43、资料得知，在用电阻炉加热的情况下，回火温度在45(rc以上时, Kh取10、4取1,那么根据试样的具体情况，选择回火保温时间分别为 12min、 16min、 20mino(3)回火后的冷却工件回火后一般应在空气中冷却。并且对于一些重要的机器零件和 工模具等，为了防止重新产生内应力和开裂、变形，通常可以采用缓慢 冷却的方式来冷却。对于有高温回火脆性的钢件，回火后应进行油冷或水冷，以抑制回火脆性。在此，我们选择三张冷却方式：空冷、水冷、油冷。高温回火根据回火工艺参数的选择绘制以下正交表格4-1所示。表4-1正交表试样参数回火温度（）回火保温时间（min）冷却方式148012油冷248016水冷3

44、4802()空冷456012空冷556016油冷65602()水冷764012水冷864016空冷961020油冷按照此正交表分别对1-9号试样进行高温回火实验。回火后硬度及组织观察硬度测量：整理回火后的试样，对9号试样分别进行磨抛，待达到要求后分 别进行硬度测量并记录。组织观察：（1）镶嵌试样由于试样不够规则，不便于磨抛，所以在磨抛前借助XQ-2B镶 嵌机对1-9号试样进行镶嵌。如图4-3所示。(a)(b)图4-3镶嵌试样(2)制备金相试样在金相砂纸上磨抛镶嵌后的试样，先用粗砂打磨，逐步换用细砂， 打磨至表面平整光亮无明显划痕，这时换用带有磨料的MoPaol60E型磨 抛机上进行磨抛，一段时

45、间后用清水冲掉磨料，然后用配制好的金相腐 蚀剂腐蚀试样，片刻之后，再用蘸有酒精的棉球擦拭干净试样，然后用 吹风机的冷风吹干试样。(3)观察回火后的组织金相试样制备好了之后，先用单目金相显微镜(4*BI)粗略的观察 1-9号金相组织，如果看不到组织或者表面有杂质则需重新制备金相试 样。如果在单目金相显微镜(4*BI)中可以清楚看到组织，则换用奥林 巴斯OLYMPUS GX51型金相显微镜进行金相观察并分别拍1-9号金相组 织照片。第5章实验结果与分析5.1各阶段硬度测量结果及分析各阶段硬度(1)热处理前硬度如表5T所示表57热处理前硬度热处理前硬度(HRC)平均值(HRC)46.847. 146

46、.546.446.546.7(2)淬火后硬度如表5-2所示表5-2淬火后硬度淬火后硬度(HRC)平均值(HRC)59.058.060.059.057.558.7(3)回火后硬度如表5-3所示表5-3回火后硬度试样回火后硬度(HRC)平均值 (HRC)155.554.853.852.653.854. 1254.053.054.351.854.053.4349.050.348.848.350.749.4452.852.354.654.254.653.7551.452.451.352.853.452.3650.249.950.950.351.650.6749.950.250.550.451.950.

47、6844.645.044.445.848.245.6931.330.430.233.433.031.75.1.2硬度分析由表可知，淬火后硬度明显提高。回火后硬度又降低了，随着回火 温度的升高硬度下降；随着回火保温时间增加硬度也随之降低。然而冷 却方式却对硬度影响不是很大。与热处理前相比，经过淬火和高温回火 后的硬度比原始硬度只是有略微的提升。热处理前后组织结果及分析热处理前后组织观察结果(1)热处理前组织如图5T所示a. (100 x)b. (200 x)c. (500 x)d. (lOOOx) 图5-1热处理前组织(2)热处理后组织1号试样组织(480回火，保温12 min,油冷)如图5-2

48、所示a. (100 x)b. (200 x)c. (500 x)d. (lOOOx)图5-2 1号试样组织（480回火,保温12 min,油冷）2号试样组织（480回火，保温16 min,水冷）如图5-3所示a. (100 x)b. (200 x)c. （500 x）d.（lOOOx）图5-3 2号试样组织（480回火，保温16 min,水冷）3号试样组织（480回火，保温20 min,空冷）如图5-4所示a. (500 x)b. (lOOOx)c. (500 x)d. (lOOOx)图5-4 3号试样组织（480回火，保温20 min,空冷）4号试样组织（560回火，保温12 min,空冷）

49、如图5-5所示a. (500 x)b. (lOOOx)c. (500 x)d. (lOOOx)图5-5 4号试样组织（560回火，保温12 min,空冷）5号试样组织（560回火，保温16 min,油冷）如图5-6所示a. (500 x)b. (lOOOx)c. (500 x)d. (lOOOx)图5-6 5号试样组织（560C回火，保温16 min,油冷）6号试样组织（560回火，保温20 min,水冷）如图5-7所示a. (500 x)b. (lOOOx)c. (500 x)d. (lOOOx)图5-7 6号试样组织（560C回火，保温20 min,水冷）7号试样组织（640回火，保温12 min,水冷）如图5-8所示a. (500 x)b. (lOOOx)c. (500 x)d. (lOOOx)图5-8 7号试样组织（640C回火，保温12 min,水冷）8号试样组织（640回火，保温16 min,空冷）如图5-9所示a. (500 x)b. (lOOOx)c. (500 x)d. (lOOOx)图5-9 8号试样组织（640C回火，保温16 min,空冷）9号试样组织（640回火，保温20 min,油冷）如图5-10所示a. (500 x)b. (lOOOx)c. (500 x)d. (lOOOx)图570