热处理实验报告

金属材料热处理实验报告一、 实验目的了解热处理工艺、组织和性能之间的关系。了解热处理设备和热处理工艺的实际操作，熟悉合金元素在低合金结构钢中的作用。考查学生综合运用所学理论和实验技术的能力，培养学生独立分析和解决问题的能力。二、 实验内容与方案本实验采用的材料：45钢、T8钢、40CrN遴冈三种。对于每一种钢材，要求得到如下组织：⑴晶粒粗大的马氏体+残余奥氏体；晶粒细小的马氏体+残余奥氏体；回火马氏体；回火屈氏体；回火索氏体；铁素体(或渗碳体)+珠光体。对于45钢和40CrNi钢还要求得到如下组织：⑴屈氏体网+(马氏体+残余奥氏体)；(2)未转变为奥氏体的铁素体+(马氏体+残余奥氏体)三、实验设备与材料试样：直径甲14mm的40CrNi钢圆柱状小试样，直径甲15mm的45钢圆柱状小试样，直径甲16mm的T8钢圆柱状小试样。热处理加热炉：高温热处理炉（V1300°C）2台，中低温热处理炉（V900°C）5台硬度计（洛氏硬度C标尺）金才目显微镜01ympusLEXTOLS4100及数码照才目系统磨光机及金才目砂纸抛光机及抛光液浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、竹夹子、脱脂棉、滤纸等四、 实验工艺设计及实验处理过程和结果处理1.工艺选择40显微组织粗大马氏体细晶马氏体屈氏体网+马氏体铁素体+珠光体铁素体+马氏体拟用工艺1000C30min水冷860C30min水冷860C30min油冷860C30min空冷860C30min水冷40CrNi显微组织粗大马氏体细晶马氏体屈氏体网+马氏体铁素体+珠光体铁素体+马氏体拟用工艺1000C28min油冷860C28min油冷无860C28min空冷770C28min油冷T8(T12)显微组织粗大马氏体细晶马氏体屈氏体网+马氏体先共析渗碳体+珠光体拟用工艺1000C32min水冷770C32min水冷770C32min油冷770C32min空冷

表2实验全部样品的显微组织及其热处理工艺设计用表(要求回火)45显微组织回火马氏体(200°c)回火马氏体(3000回火屈氏体(4000回火屈氏体(5000回火索氏体(6000拟用工艺淬火温度/°c860°c860c860c860c860c回火温度/c200c300c400c500c600c40CrNi显微组织回火马氏体(2000回火马氏体(3000回火屈氏体(4000回火屈氏体(5000回火索氏体(6000拟用工艺淬火温度/c860c860c860c860c860c回火温度/c300c300c400c500c600cT8（T12）显微组织回火马氏体(2000回火马氏体(3000回火屈氏体(4000回火屈氏体(5000回火索氏体(6000拟用工艺淬火温度/c770c770c770c770c770c回火温度/c200c300c400c500c600c工艺选择分析：工艺的选择的根据是亚共析钢和共析钢的连续冷却转变曲线，即CCT曲线。45钢和40CrNi属于亚共析钢，T8钢属于过共析钢，对应曲线如下图所示。

5004g3002001Q05004g3002001Q0900800700min10 10* w 10*a时间Cs>亚共析钢CCT曲线图过共析钢CCT曲线图亚共析钢得到马氏体一般需要加热到AC3线以上30-50°C，保温然后快速冷却。所以一般选择860C作为热处理工艺温度。产生粗晶马氏体的原因在于加热温度1000C已经过高，马氏体就会发生变形，晶粒粗大。860C细晶马氏体性能硬度和韧性会更好。要想在不产生铁素体的情况下得到屈氏体和马氏体的混合物，就需要改变淬火的介质，用冷却速度更低的油来代替水参与淬火工艺。所以屈氏体+M就选择860C油淬；当加热温度过低时组织中会产生F（铁素体），所以选择770C水冷的方式来得到M+铁素体。由于空冷的冷却速度明显低于临界冷速，所以会经过珠光体区，所以选择空冷来将奥氏体转变为珠光体和铁素体的混合物。40CrNi相对于45钢而言Cr和Ni的含量增加，C含量减少，C曲线发生右移，所以相比45钢来说需要用油这种冷却速度较慢的介质代替水来完成淬火工艺。产生粗晶马氏体的原因依然是加热温度过高。冷却的时间较45钢略有减少，般只需要28min即可。对于T8钢这种过共析钢而言，一般加热温度只需要在AC1线以上30-50°C，所以细晶马氏体的热处理工艺温度选择为770摄氏度。获得屈氏体+M的方式仍需要采取油淬的方式来实现。获得先共析渗碳体和珠光体则需要冷却速度比油的速度更慢，所以选择空冷的热处理方法。合金元素的扩散很缓慢，因此对合金钢应采取较高的加热温度和较长的保温时间，以得到比较均匀的奥氏体，从而充分发挥合金元素的作用，所以T8钢的保温时间较高，为32min。回火种类示意图（a-低温回火b-中温回火c-高温回火）对于回火产物来说，回火一般分为低温（150C-250C），中温（350C-500C）和高温回火（550C-650C）。不同回火温度对应的组织分别是回火M,回火T和回火S。回火后的工艺处理均为空气中缓慢冷却，即空冷。所以选择了不同的热处理工艺获得相应的组织。实验步骤：1） 在工艺卡上选择钢种及目标组织2） 利用游标卡尺确定对应钢种试样的直径和长度并写在工艺卡上3） 在工艺卡上填写热处理温度及方法4） 设定箱式炉的温度，将试样放入箱式炉中，然后设置保温温度，保温过程结束后取出试样按照对应方式冷却。5） 冷却结束后放入葛氏硬度计测量硬度，记录在工艺卡中。6） 进行试样的金相制备过程。7） 金相制样7.1手磨⑴磨样前，清理实验台与玻璃板上的灰尘或磨料颗粒，以免影响磨样质量。将60#砂纸磨砂面向上平铺于玻璃板上。（2）样品无标记面为磨制面。根据需要可对磨制面进45”倒角0.5-1mm，手工或后续机磨均可。试样磨制面朝下，一手按住砂纸，一手提住试样健议用大拇指、食指和中指捏持试样)，将试样适当按压紧贴砂纸沿直线推至砂纸边缘(图中a、b)，然后将试样提起脱离砂纸表面并返回到起始位置(图中cd)，再进行第二次磨制。如此反复进行单向打磨至磨制面平整且划痕方向一致。依次换上从粗到细牌号砂纸进行单向磨制。每更换一道砂纸，试样磨制面旋转90”，使上道次划痕与本道次划痕方向季直。每道次磨制以磨面平整、划痕方向一致覆盖上道次划痕为止。更换砂纸时注意清洁试样磨制面和玻璃板，避免把上道次粗砂纸砂粒带入下道次更细砂纸磨制过程中。(5)重复3-4步骤直至最细号砂纸。(6)手磨结束后，清理实验台，整齐摆放砂纸。7.2水磨⑴清洁试样，避免将手磨砂粒带入水磨过程中，先打开预磨机电源，再打开水龙头调节水流大小，将磨制面手磨划痕沿研磨盘半径方向放置(因预磨机划痕方向沿研磨盘切线方向，如此放置可保证预磨划痕与手磨划痕方向垂直)，施加一定压力保持试样在研磨盘上位置不动(避免产生其他方向划痕)。当磨面平整、磨痕方向一致且完全消除上道次磨痕之后，本道次磨制结束。可依次换上从粗到细牌号水磨测砂纸进行下道次预磨。预磨结束后，关闭水龙头，关闭电源，清理实验台。7.3抛光⑴清洁试样，避免将砂较带入抛光过程中。打开抛光机电源，稳定拿持试样，以适当压力将试样抛光面均匀按压在抛光布表面进行抛光。抛光时试样所受摩擦力随施加压力增大而变大，所需握持力也应随之增大，因此开始抛光时应注意用力提持试样样品，而不要施加过大压力，避免试样脱手飞出。初始抛光时，试样位置宜在抛光盘圆心附近，感觉适应了抛光握持感后，可逐步将试样外移，这时试样所处位置抛光盘线速度增大，试样抛光面受摩擦力变大，抛光速度也加快。摄光过程中，可根据需要适当沾取抛光膏均匀涂抹于抛光面上后进行抛光，以加快抛光速度。抛光过程中适时、适量地打开水流，控制好抛光布的湿度。当抛光面上肉眼看不到划痕，整个抛光面平整光亮如镜，可清晰映像时，即可结束抛光。抛光结束后，关闭抛光机水源、电源，清理实验台和抛光机，将抛光膏等实验用品整理放置。7.4浸位⑴将微光好后的试样用大量清水冲洗，去除可能残留的擦光布纤维等污渍。(2)用竹夹夹持吸满45硝酸酒精的脱脂棉球均匀擦拭抛光面，抛光面应适当倾斜，避免浸蚀液流到手上。浸蚀过程中注意观察试样抛光面变化，待呈浅灰白后，即可使用大量清水冲洗抛光面，随后立即用竹夹夹持吸满无水酒精的脱脂棉球擦拭试样抛光面，最后用吹风机吹干试样表面。浸蚀结束浸蚀过程中应小心防止腐蚀液接触到皮肤，若皮肤接触到腐蚀液，应及时用清水冲洗。浸蚀结束后，及时清理实验台，确认水通关闭。将实验器材整齐按原位置摆放。B.显微观察使用显微镜前必须保证手、样品干燥整洁，不得残留有水、腐蚀剂、抛光膏等。将试样放于显微镜载物台上，在机身右侧根据锁定方向指示打开调焦锁定，调节粗调焦旋钮，图像从模糊变至大致清晰后施转调救锁定至“Lock”3点击亮度进度条上方“自动”按钮。使用摇杆调节试样观察区域至目标观察区。在软件中将鼠标指针置于视场上，用鼠标滚轮进行细微调焦。当视场最清晰后，可用鼠标点选“50x”按钮，显微镜将自动切换至50倍物镜。重复3、4步豫，将视场诱节至理相放大倍教和区域。选择“自动”模式，点击“激光观察”，点击“获取”。查看45钢生成曲线，并在工艺卡上填写其他目标组织试样的热处理工艺，并生成温度和硬度的关系曲线。工艺曲线45钢的目标组织细晶马氏体经过淬火之后所得的工艺曲线图1时实验结果45钢显微组织细晶马氏体回火马氏体(2006回火屈氏体(400°C)回火索氏体(600C)硬度/HRC57.353.242.229.1显微组织晶粒粗大的马氏体铁素体和珠光体屈氏体网和马氏体硬度/HRC50.416.429.9硬度和温度关系曲线曜度tROftC)ih-国火审氏作MOC国火审氏作MOC200C回火弟度CC)目标显微组织照片40CrNi钢显微组织细晶马氏体回火马氏体(2006回火屈氏体(400°C)回火索氏体(600C)硬度/HRC55.150.442.235.3显微组织晶粒粗大的马氏体铁素体和珠光体铁素体和马氏体硬度/HRC48.331.951.8硬度和温度关系曲线JjfAlt■火■!■■姓瑕厦值(we)«otn而身因体 目火刍氏胃 回火座氏停 回火普氏登200C *"C *00rCI 回火混度(C)目标显微组织照片材料组织显微组织40CrNi钢晶粒粗大的马氏体,

晶粒细小的马氏体回火马氏体回火屈氏体回火索氏体铁素体(或渗碳体)+珠光体铁素体+马氏体+残余奥氏体晶粒细小的马氏体回火马氏体回火屈氏体回火索氏体铁素体(或渗碳体)+珠光体铁素体+马氏体+残余奥氏体T8钢显微组织细晶马氏体回火马氏体(2006回火屈氏体(400°C)回火索氏体(600C)硬度/HRC64.157.145.520.0显微组织晶粒粗大的马氏体铁素体和珠光体硬度/HRC58.930.9

硬度和温度关系曲线供晶马氐律 回典马氐惨 回火尾氐伴网* 4Qq'C画火温国＜C)目标显微组织照片材料组织显微组织T8钢…'体.晶粒细小的马氏体

分析淬火温度、淬火介质对组织和性能的影响；淬火温度的选择随钢种不同而异，但均应以得到细小均匀的奥氏体晶粒为原则，以便冷却后获得细小马氏体。淬火温度过高，会增加钢材的氧化和脱碳，并且由于奥氏体晶粒的长大，淬火后得到粗大马氏体，工件易变形开裂，机械性能下降。淬火温度过低则钢件不能完全奥氏体化，得到铁素体加马氏体组织为不完全淬火，机械性能也达不到要求。图1Fe-C二元相图本实验中使用的45钢和40CrNi样品，碳含量均低于共析点，属于亚共析钢，淬火温度应选择Ac3以上30-50°C。从图1Fe-C二元相图上看，高温下钢的状态处在单相奥氏体区内，故称为完全淬火。淬火温度如高于Ac1低于Ac3,则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全（或亚临界）淬火。淬火后在高硬度的马氏体中将含有一定数量的低硬度的铁素体，淬火后硬度不足力学性能降低。如淬火温度过高，奥氏体晶粒变大，淬火后得到的马氏体组织也变得粗大，脆性增加，材料的机械性能变差。本实验中使用的T8钢样品，属于过共析钢。淬火温度选择Ac1以上30〜50C。从图1Fe-C二元相图上看，该状态处于奥氏体与渗碳体双相区，因而过共析钢的正常淬火仍为不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织，具有高硬度和高耐磨性。淬火温度的变化将影响二次碳化物溶入奥氏体中的量，从而影响得到的马氏体淬火后组织。若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解于奥氏体，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加湘应奥氏体晶粒长大，淬火后马氏体组织变得粗大;同时由于奥氏体碳浓度高，马氏体转变点Ms、Mf下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。同时钢件淬火应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向变大。（2）淬火介质对组织和性能的影响淬火介质的选择取决于不同介质对应的冷却速度，选择快于临界冷速的介质作为淬火介质，这样样品才能够得到单一马氏体组织（从C曲线图看如此，实际可能有残余奥氏体）。所以选择淬火介质首先是使冷速大于临界冷速V3,然后再选取尽量减小或避免变形及开裂者。理想的淬火介质应当:在高温区，过冷奥氏体稳定性较好，所以冷却速度可适当慢些，以减小工件因急剧变温而引起应力;在过冷奥氏体最易分解的温度范围内（即C曲线的鼻尖部位），具有较强的冷却能力，冷速快于临界冷速，以抑制过冷奥氏体的分解;而在接近Ms处，有较缓和的冷却速度，减小工件内外温差，减小组织应力，避免低温时工件塑性减小而出现开裂。这样的淬火介质有较高的淬火冷却速度，又不