固态相变原理实验指导书

固态相变原理实验指导书上海工程技术大学材料工程学院中心试验室202310试验一钢的热处理工艺及其性能分析、试验目的：初步把握根本热处理操作〔淬火、回火、正火、退火等。二、概述：钢热处理的目的是通过加热、保温顺冷却三个步骤来转变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能。热处理时加热温度，保温时间和冷却方法是最根本的也是最重要的三个因素。是热处理成功的最低要求。加热温度的选择33

+20～30℃；即完全退火。共析钢，1Ac+20～30℃2-113Ac+30～50℃3Accm+20～30℃2-13淬火加热温度：亚共析钢加热至Ac3

+30～50℃。共析钢、过共析钢加1Ac+30～50℃2-21各类碳钢的临界点如表2-1所示：回火温度的选择：钢淬火后都要求回火，回火的温度取决于要求的组织及性能。按加热温度回火可分为三类:150～250℃的回火称为低温回火，所得组织为回火马氏体，60HRC。其目的是降低淬火应力，削减钢的脆性并保持钢的高硬度。低温回火一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。图2-1 图2-2临界点℃含临界点℃含碳量%Ac Ac Acm1 30.2725840——0.4725790——0.6725755——0.8725————1.0725——8001.2725——820。其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。因此它主要用于各种弹簧，及热锻模具。。其目的是获得既有肯定强度，硬度，又有良好冲击韧性的综合机械性能。所以把淬火后经高温回火的处理称为调质处理。保温时间确实定为了使工件内外各局部温度均匀全都，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成份均匀化，就必需在淬火加热温度下保温肯定的时间。淬火加热时间通常是指工件在加热过程中升温、透烧和组织转变所需时间的总合。在具体生产条件下，工件加热时间与钢的成分，原始组织、工件几何外形尺寸、加热介质、装炉量、炉温等很多因素有关。工件的实际加热时间，一般应通过生产实践来确定，也可按阅历公式=·K·D来估算。式中为淬火加热时间〔分钟a为淬火加热时间系数；K为工件装炉时的修正系数；D为工件有效厚度〔毫米。对于火焰炉、电炉所需〔加热及保温时间〕大约为1分钟/毫米，对于盐浴炉则缩短1～2倍。合金钢加25～40%。热处理的冷却方法：50正火〔又称常化〕承受空气中冷却，大件可承受吹风冷却淬火的冷却是格外重要的，一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证得到马氏体，另一方面又期望冷速不要太大，以削减内应立，避开变形和开裂。这就要求淬火时在奥氏体最不稳定的温度范围内〔650℃～550℃〕快冷，超过临界Ms〔300～100℃〕点以下，冷却速度较慢，抱负的冷却速度如图2-3所示。没有一种淬火冷却介质完全满足淬火的要求，为此需承受适当的冷却1〔先水冷后油冷3，4A1MsA1A1MsA123图2-3淬火时的抱负冷却曲线示意图 图2-4各种淬火冷却曲线示意图如图2-4所示。常用淬火介质的冷却力量如表2-2所示。淬火介质冷却速度℃淬火介质冷却速度℃/sec550～650℃区间内200～300℃区间内水〔18℃〕600270水〔20℃〕500270水〔50℃〕100270水〔74℃〕3020010%18℃120030010%18℃110030010%碳酸钠水溶液800270肥皂水30200矿物油15030变压器油12025洛氏硬度计的原理洛氏硬度是用金刚石圆锥或钢球作压头，先后两次施加载荷作用于受试金10Kg〔98.1N差产生的压痕深度差，求得被测金属的洛氏硬度。依据不同压头和载荷的搭配，洛氏硬度可分为假设干个标尺，最常用的有A、B、CHRA、HRB、HRC。HRA60Kgf〔588.4N理试样、淬火薄试样等。其测量范围为78～85HRA。HRB使用直径为1/16英寸的淬火钢球为压头，总载荷为100Kgf〔981N。一般适用于退火正火钢铸铁有色金属等其测量范围为 25～100HRB。HRC150Kg〔1471.1N20～67HRC。83mm。洛氏硬度操作简便，读数直观，对试样要求不高，但试验精度不如布氏硬度和维氏硬度。三．试验内容按表2-3品进展硬度测定，将硬度值填入表2-3中。2-3热处理工艺热处理工艺硬度值材料加热温930860冷却方回火温组织法度〔℃〕HRcHRB860空冷860油冷860水冷750水冷1000水冷860水冷200860水冷400860水冷600780水冷200780水冷400780水冷600T121000水冷四．试验留意事项A．装取试样时炉子要断电。装取试样后炉门要准时关好。并马上通电。保温时要留意温度掌握仪表是否正常以免跑温或升温速度太慢，觉察问题报告教师检查。淬火时要快速入油或水，并要搅动试样不要露出液面。热处理后测定硬度：为便于比较，全部用洛氏硬度来测量，并将数据填写在表中。测硬度前要将试样的氧化皮磨掉。热处理后的试样保存好，以备必要时对试验结果进展分析和检查。五.试验报告要求试验目的，内容及试验结果。说明钢中含碳量对淬火后性能的影响。说明淬火加热温度和冷却速度对淬火后性能的影响。

以上？ccm“C”曲线。试验二碳钢热处理后的组织特征及其观看“C”曲线。一.试验目的初步把握碳钢热处理后的典型组织的特征，如马氏体、屈氏体、贝氏体等。运用铁碳合金状态图和奥氏体等温转变曲线分析钢经各种热处理后的组织。二.概述碳钢经不同热处理后的组织：经退火，正火可得到接近平衡的组织，淬火后而且更要参考“C”曲线。铁碳状态图可以说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对“C”曲线则能说明肯定成分的钢在不同冷却条件下的组织转变过程以3-13-20.5%含碳量钢的图3-1铁碳状态图的一角 图3-20.5%碳钢的等温转变曲线共析钢连续冷却后的显微组织：可以运用奥氏体等温转变曲线近似的来分析连续冷却时的转变。方法是把连续冷却时的冷却速度曲线叠绘到等温冷却的3-3100%的珠光体。1234A1V1A1V1V2V4V3A3A1V1V2V3MsMfV5 V4图3-3共析钢连续冷却示意图 图3-4亚共析钢连续冷却示意图亚共析钢连续冷却后的显微组织：亚共析钢的“C”曲线与共析钢的“C”曲线不同，在珠光体转变开头前有一条铁素体析出线。所以在奥氏体3-4当奥氏体慢冷时如图3-4中V，相当于炉冷，所得到的组织接近平衡状态，1为铁素体加珠光体。随冷却速度增加V→V→V时，奥氏体过冷程度增大、先1 2 3这样使共析组织中的含碳量下降，即低于共析成分，一般称为伪共析，由于过冷度大，其珠光体中片间距离更小，即组织更细。因此V→V→V其对应的组织1 2 3变化为：铁素体+珠光体→铁素体+索氏体→铁素体+屈氏体，其中铁素体的量随冷速增大而削减。V4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体，奥氏体则主要转变为马氏体，有时可见到少量的贝氏体。V5超过临界冷速时，没有先共析铁素体析出，全部得到马氏体。过共析钢的转变与亚共析钢相像，不同之处是亚共析钢先析出的是铁素体，而过共析钢先析出的是渗碳体〔二次渗碳体。根本组织特征〔1〕索氏体〔S光体更细密，它比珠光体具有更高的硬度。T才能区分其中的片层状。B同而不同。其组织形态主要有三种：中铁素体的亚构造是位错。下贝氏体：钢中下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀碳化物的组织，由于ε55～65°的角度。下贝氏体中的铁素体亚构造是位错。〔往往会消灭这种岛，它原先是富碳的奥氏体区，其随后的转变可以有三种状况〔a〕分解为铁素b〕发生马氏体转变〔c〕仍旧保持为富碳的奥氏体。Mα多种多样的，归纳起来分为两大类即板条状马氏体和片状马氏体。板条状马氏体：在光学显微镜下，板条状马氏体的形态呈现一束束相互取向的马氏体群。碳马氏体，因亚构造为位错，又称位错马氏体。片状马氏体：在光学显微镜下，片状马氏体呈现针状或竹叶状，片间有马氏体，依据形成温度和亚构造特点又称低温马氏体，孪晶马氏体。针状马氏体。剩余奥氏体〔Ar：当奥氏体中含碳量>0.5%时，淬火时总有肯定量的易受硝酸酒精的浸蚀，在显微镜下呈白亮色，在组织中较难区分出来。回火马氏体〔Mr：高碳马氏体经低温回火〔150～250℃〕后，马氏ε由于有极细小的碳化物析出访回火马氏体易受侵蚀，所以在光学显微镜观看时，火以后，马氏体只发生碳原子的偏聚，尚未析出碳化物。在光学和电子显微镜下氏体和片状马氏体的混合组织，回火后其中片状马氏体易受侵蚀颜色变深。〔Tr350～500℃颗粒状的渗碳体。℃回火索氏体〔S500～650℃T它是由小颗粒状渗碳体和铁素体组成。在光学显微镜下可观看到小颗粒状渗碳消逝。三.试验内容及试验方法指导观看以下显微样品，并画出组织示意图。序号钢号热处理工艺腐蚀剂145860℃退火〔炉冷〕4%硝酸酒精245860℃正火〔空冷〕4%硝酸酒精345860℃油冷4%硝酸酒精445860℃水冷4%硝酸酒精545860℃200℃回火4%硝酸酒精645860℃400℃回火4%硝酸酒精745860℃600℃回火4%硝酸酒精845750℃水冷4%硝酸酒精9201200℃水冷4%硝酸酒精10T12780℃水冷4%硝酸酒精11T121200℃水冷4%硝酸酒精12T121200℃200℃回火4%硝酸酒精13T10球化退火4%硝酸酒精1465Mn1000-1050℃420℃等温淬火4%硝酸酒精1565Mn960-990℃307℃等温淬火4%硝酸酒精16902910℃空冷4%硝酸酒精各典型组织的照片如图3-53-15 3-545#正火组织3-745#油淬组织3-945#750℃淬火组织3-11T12#1100℃淬火回火组织

3-645#淬火组织3-845#调质组织3-10T12#780℃淬火组织3-12902910℃空冷组织 图3-1320#1200℃淬火组织 图3-1465Mn等温淬火组织〔下贝〕3-15