20号钢热处理工艺对组织性能的影响

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1、20号钢热处理工艺对组织性能的影响1.前言1.1名称及性质20号钢，含碳量为0.2%，该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。密度是7.85，无冲击韧度。1.2应用冷变形塑性高，一般供弯曲、压延用，为了获得好的深冲压延性能，板材应正火或高温回火；用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件，如轴套、螺钉、杠杆轴、变速箱变速叉、齿轮、重型机械拉杆、钩环等，还可用于表面硬度高而心部强度要求不大的渗碳于氰化零件。1.

2、3实验目的测定含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度等因素对20号钢的影响，本实验还研究一般材料成分、组织及性能的关系，探寻成分、组织与性能之间存在着的对应关系和规律，加深理论知识的熟悉程度和应用能力的提高。1.4任务完成测定试样硬度，制备金相样品，观察组织，照相，分析，出报告等任务。2.材料及实验2.1材料的化学成分及力学性能[1]表120号钢的化学成分品名化学成分(重量百分比)Chemicaicomposition(WT%)碳(C)锰(Mn)磷(P)硫(S)镍(Ni)铬(Cr)硅(Si)铜(C

3、u)20号钢0.17～0.240.35～0.65≤0.040≤0.04≤0.25≤0.250.17～0.37≤0.25表220号钢的力学性能机械性质Mechanicaiproperities硬度(HB)抗拉强度(Mpa)屈服强度(Mpa)伸长率%面积缩减%冲击功(J)热轧钢156≥420≥250≥25≥55无2.2实验设计内容根据对含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度对碳钢材料硬度的影响资料的检索得到如下的相关数据：8表3含碳量对碳钢硬度的影响材料时间硬度HV0.0520钢/Wc=0.2%261

4、54110045钢/Wc=0.45%2240042800T8钢/Wc=0.8%2280043900T12钢/Wc=1.2%2410044400随钢中碳含量的增加，表面硬度也随之增高。表4加热温度对碳钢硬度的影响加热温度/℃硬度HRC加热温度/℃硬度HRC85060.33100056.6790059.67105051.5095059.17随着再加热温度的升高宏观硬度下降20019991851901641191001681720123410191150150126196硬度HV图1保温时间（分）在本

5、试验条件下，试样硬度随加热保温时间的变化而发生曲折的变化。当试样还未发生奥氏体化时，硬度随着温度时间的增加而提高;当试样刚开始奥氏体化至刚完全奥氏体化为止，硬度随着奥氏体化转变量的增加而下降;当试样完全奥氏体化后，随着保温时间的延长，硬度缓慢升高。8表5冷却速度对碳钢硬度的影响热处理工艺硬度（HRC）1040℃1h油冷+565℃2h空冷36.11040℃1h炉冷（5℃/min降温）+565℃2h空冷37.41040℃1h炉冷（1℃/min降温）+565℃2h空冷37.41040℃1h炉冷（0.5

6、℃/min降温）+565℃2h空冷35.4综合上述影响因素，本实验我们选取20号钢来对碳钢经行热处理工艺分别分析含碳量、加热温度、加热时间、冷却速度对试样硬度性能的影响。淬火：是将钢或合金加热到临界温度Ac1(过共析钢)或Ac3（亚共析钢）以上30～50℃，保温一定时间，使钢的组织全部或大部分奥氏体化，然后在水或油等介质中快速冷却，以得到高硬度的淬火马氏体组织的一种工艺方法。①提高硬度和耐磨性；②提高弹性；③提高强韧性；④提高耐蚀性和耐热性。总之，钢的强度、硬度、耐磨性、弹性、韧性、疲劳强度等等

7、，都可以利用淬火与回火使之大大提高，所以，淬火是强化钢铁的主要手段之一。2.3所需实验器材2.3.1样品预处理：粗细不同的打磨砂纸2.3.2热处理：洛氏硬度计，箱式电炉，淬火用水槽2.3.3样品后处理：抛光机，金相显微镜，硝酸腐蚀液，酒精2.3.4材料图像分析：Neophot21(包括图像分析仪)2.3.5硬度实验：表面洛氏硬度计2.4消耗材料：20号钢试样、4%硝酸酒精溶液、清洗酒精、砂纸2.5实验步骤2.5.1选取试样2.5.2用洛氏硬度计测试样硬度2.5.3将试样放入箱式电炉中按加热方案加

8、热，保温，冷却2.5.4制取金相试样，再试样的硬度2.5.5用腐蚀剂腐蚀2.5.6再测表面硬度2.5.7观察组织形态2.5.8分析实验结果2.6加热方案先将试样放入炉中，接通箱式电炉加热，查资料得20号钢的相变点温度（近似值）Ac1=735℃，Ac3=855℃，Ar3=835℃，Ar1=680℃，故将试样加热到890℃，然后保温，通过查阅相关资料，得到箱式电炉保温时间：碳钢：t=1′/mm+(10′～30′)合金钢：t=1.2′/mm+(30′～60′)本试样为20号碳钢，则加热时间为：为D为工