实验四 淬火回火综合性实验

实验四综合性实验淬火、回火工艺对钢的显微组织和性能的影响一、实验目的1、了解淬火、回火工艺对钢的显微组织和性能的影响；2、熟悉热处理的基本操作规程。二、实验说明淬火是将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。（一）碳钢热处理工艺1、加热温度亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50°C，过共析钢加热温度一般为Ac]+30-50°C（淬火）。淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250C）、中温回火（350-500C）、高温回火（500-650C）。实际生产中可根据钢种及要求作适当调整。2、保温时间在实验室中，通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间：t=a・D式中t----加热时间（min）a——加热系数（min/mm）D---工件有效厚度（mm）淬火后回火保温时间，要保证工件热透，使组织充分转变，一般为1〜3小时，实验时，可酌情减少。3、冷却方式碳钢淬火时常用水或盐水冷却，合金钢常用油冷却。（二）碳钢及低合金钢淬火、回火后的组织1、珠光体型组织过冷奥氏体在高温区（Al；至C曲线鼻尖）转变的产物。随着奥氏体在冷却时过冷度的增加，依次得到珠光体、索氏体、屈氏体。他们都是铁素体与渗碳体的细密机械混合物，但铁素体与渗碳体的片层间距依次减小，组织的强度、硬度递增。2、贝氏体型组织过冷奥氏体在中温区（C曲线鼻尖与马氏体转变点M）进行等温淬火转变的产物。贝氏体也是铁素体和渗碳体的机械混合物。S（1）上贝氏体：是在珠光体转变区稍下温度等温形成的。在光学显微镜下可观察到成束的铁素体向奥氏体晶内伸展，呈羽毛状。（2）下贝氏体：是在马氏体转变点（M）稍上的温度形成的。在光学显微镜下呈灰黑色针状或竹叶状。与上贝氏体相比，下贝氏状不仅具有较高的硬度、强度、耐磨性，且有较高的韧性及塑性。3、马氏体组织过冷奥氏体在低温区（Ms以下）转变的产物。马氏体是碳在铁素体中的过饱和固溶体。马氏体组织形态主要有两种：（1）片状马氏体：高碳马氏体，主要在高碳钢淬火组织中形成。在光学显微镜下观察呈针状或竹叶状。马氏体针的粗细程度取决于淬火加热温度。例如T10钢在淬火加热温度较低时（如760r）由于奥氏体中的碳浓度不均匀，在光学显微镜下分辨不出它的形态，称之为隐针马氏体；淬火温度稍高时（820°C）可见到短针状马氏体；若淬火温度提高到1000°C，由于奥氏体晶粒粗大，从而获得粗大的马氏体。片状马氏体性能较硬且脆。（2）板条马氏体：又称低碳马氏体。主要在低碳钢淬火组织中形成。在光学显微镜下观察呈一束束相互平行的细长条状。一个奥氏体晶粒内可由几束不同取向的马氏体群，且束与束之间有较大的位相差。它不仅具有较高的强度与硬度，还具有良好的韧性与塑性。淬火组织中总会有一定数量的残余奥氏体，并且随着钢中含碳量的增加，淬火温度的提高，残余奥氏体的相对量也会增加，残余奥氏体不易受硝酸酒精的侵蚀，在光学显微镜下呈白亮色，无固定形态，难以与马氏体区分，因此常常需回火后才可分辨出马氏体间的残余奥氏体。4、回火组织：钢淬火后一般都需要经回火才能满足性能要求。根据回火温度的高低，回火组织可分为以下几类：（1）回火马氏体：在150-250C回火时形成的组织为回火马氏体。它是由极细小的弥散的£-碳化物和a-Fe组成。回火马氏体易于腐蚀，一般呈黑色，且保留原淬火针状马氏体或淬火板条马氏体的形态，在光学显微镜下难以辨出其中的碳化物相。具有较高的强度及硬度，且脆性较低。（2）回火屈氏体：在350-450C回火时形成的组织为回火屈氏体。它是由细片状或细粒状渗碳体和铁素体组成。在光学显微镜下，碳化物颗粒仍不易分辨，但可观察到保持马氏体形态的灰黑色组织，且马氏体形态的边界不十分清晰。它具有较高的屈服强度、弹性极限和韧性。（3）回火索氏体：在550-650C回火时形成的组织为回火索氏体。它是由粒状渗碳体和铁素体组成。在较高倍数的光学显微镜下可以观察到渗碳体的颗粒，此时马氏体形态已消失，600C以上回火时，组织中的铁素体为等轴晶粒。工业上称之为调质处理。回火索氏体具有优良的综合性能。三、实验设备及材料1、箱式加热炉、井式加热炉、淬火水槽、淬火油槽、砂轮机、抛光机、布氏硬度计、读数显微镜、洛氏硬度计、金相显微镜；2、中20X50mm45钢或40Cr钢试样，金相图片、金相砂纸，侵蚀剂。四、实验内容及步骤1、全班分五组，每组领取试样一套；2、每组将两个中20X50mm、45钢或40Cr试样加热到850C并保温40’后，分别进行油淬和水淬；3、把三个水淬后的＜p20X20mm45钢或40Cr试样，再分别进行180C、420C、600C加热保温1小时空冷；把三个油淬后的◎20X20mm45钢或40Cr试样，再分别进行180C、420C、600C加热保温1小时空冷；将以上试样分别用砂轮机磨平后测出硬度并记录在表4-2；5、按表4-1所列金相试样在显微镜下观察金相组织。

表7-145钢不同热处理下的显微组织特征序号钢号处理方式显微组织145840油淬马氏体+屈氏体245840水淬马氏体+残余奥氏体345840水淬+200回火回火马氏体445840水淬+420回火回火屈氏体545840水淬+600回火回火索氏体以上试样均由4%硝酸酒精侵蚀。五、实验报告与要求1、列出实验结果，并说明各种热处理工艺对碳钢的显微组织和性能的影响；2、绘出所给试样显微组织示意图，用箭头表明图中的各组织组成物，并注明成分、热处理工艺、显微组织、放大倍数及侵蚀剂；3、谈谈实验体会。表3-245钢经不同热处理后的性能及显微组织材质热处理工艺洛氏（HRC）或布氏（HB）硬度显微组织123平均45840°C水淬840°C油淬840C水淬+180C回840C水淬+420C回840C水淬+600C回840C水淬+180C回840C水淬+420C回840C水淬+600C回六、实验注意事项1、试样淬火时，一定要用夹钳夹紧，动作要迅速，并在冷却介质中不断搅动；2、测硬度前，必须用砂轮或