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时间:2018-08-07
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1、碳素钢热处理一、实验目的(1)了解碳素钢基本热处理(退火、正火、淬火、及回火)的工艺方法和主要设备。(2)研究碳的质量分数,加热温度、冷却温度,回火温度对钢性能的影响。(3)熟悉硬度计的使用。二、实验内容(1)表3所列工艺进行热处理操作实验。(2)测定热处理后试样的硬度(炉冷、气冷试样测HRB,其余试样测HRC)。三、实验原理碳素钢热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。加热温度、保温时间和冷却速度,是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。1.加热温度(1)退火亚共析钢加热至Ac3+(20℃~30℃)(完全退火);共析钢,过共析钢加热至Ac1+(20℃~30℃)(球化
2、退火),得到粒状渗碳体,硬度降低,以利切削加工。(2)正火亚共析钢加热至Ac3+(30℃~50℃);过共析钢加热至Accm+(30℃~50℃),即加热至奥氏体单相区。退火和正火的加热温度范围,见图1.(3)淬火亚共析钢加热至Ac3+(30℃~50℃);共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30℃~50℃),淬火的加热温度范围,见图2.图1退火和正火的加热温度范围图2淬火的加热温度范围钢的成分,原始组织及加热速度等皆影响临界点Ac1,Ac3,Accm的位置。热处理前需认真查阅有关的材料手册,按规范操作。否则,得不到预期的组织。如加热温度过高。晶粒容易长大,材料氧化,脱碳和变
3、形而失去效能。几种碳素钢的临界点,见表1.表1几种碳素钢的临界点wc/%临界点℃淬火温度℃Ac1Ac3Accm0.2727835△T—860~8800.4800△T—840~8600.6750△T—790~8000.8727△T—780~8001.0—850△T760~8001.2—895△T760~800注:△T为过热度,取决于加热速度,一般为5℃~15℃。(1)回火碳素钢淬火后需尽快回火,按热温度的不同,可分为三种:1)低温回火加热温度150℃~250℃,目的是得到回火马氏体。部分降低淬火应力,减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等
4、。2)中温回火加热温度350℃~500℃,目的是得到回火托氏体,较多的降低淬火应力,有高的韧性和弹性极限。用于弹簧钢等热处理。3)高温回火加热温度500℃~650℃,目的是得到回火索氏体,消除淬火应力。强度、硬度、冲击韧度较好。淬火加上高温回火又称调质,用于重要零件,如主轴,齿轮等。2.保温时间为了保证工件内外均达到指定的温度,使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化,工件升温和保温所需要的加热时间要给与保证。保温的加热时间需考虑诸多因素,可参考有关手册数据。据经验估算,按工件有效厚度在空气介质炉中每毫米碳素钢需1min~1.5min;合金钢则需2min左右。利用盐浴炉加热,
5、时间可减半。3.冷却速度热处理时要充分注意不同的冷却方法,具体说:退火一般采用随炉冷却;正火(又称常化)采用出炉置于空气中冷却,大件则常常需要加吹风。淬火工艺则较复杂。一方面要求工件冷却大于临界冷却速度,目的是得到全部马氏体组织或下贝氏体组织;另一方面又要要求工件减缓冷却速度,避免淬火应力过大,造成开裂或变形。理想的冷却是过冷奥氏体在最不稳定的温度范围内(650℃~550℃)尽快冷却,迅速渡过危险区域,而在马氏体转变温度(300℃~20℃)尽量降低冷却速度。淬火时的理想冷却曲线示意图,见图3.图3淬火时的理想冷却曲线示意图一、实验步骤(1)全班分成两组,每组一套试样
6、(45试样8块,T12试样8块)炉冷试样由实验室预先准备好。(2)一加热温度的45和T12钢试样放入860℃和780℃炉子内加热(炉温预先由实验室升好)保温15~20min后,分别进行水冷、油冷、气冷操作。45钢750℃水冷试样待780℃炉中试样处理完后再进行。(3)每组将水冷试样各取出三块45和T12试样分别放入200℃、400℃、600℃的炉内回火,回火保温时间为30分钟。(4)淬火时,试样要用钳子夹住,动作要快,并不断在水中搅拌,以免影响热处理质量,取放试样要预先将炉子电源关掉。(5)热处理后试样用砂纸磨去两端面氧化皮,然后测量硬度(HRCNRB)。(6)一个
7、同学都将自己测定的硬度填入表1-3中(每个试样打三点),并记下实验的全部数据,以供分析。二、实验设备、仪器及材料(1)线切割机。(2)砂轮机。(3)各种热处理炉。(4)淬火油箱。(5)硬度计。三、实验结果四、思考题表3实验任务表钢号热处理工艺硬度值HRC或HRB加热温度℃冷却方法回火温度123平均45860炉冷气冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷钢号热处理工艺硬度值HRC或HRB加热温度℃冷却方法回火温度123平均T12860炉冷气冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷一、实验报告要求(1)写出实验目的。(2)列出全部试验数据,填表1
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