碳钢热处理实验

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1、碳钢的热处理实验指导书一、实验目的1.通过观察不同的加热温度对碳钢的淬火组织和性能的影响，进一步了解碳钢淬火温度的选定原则，并加深对铁碳状态阁的认识和理解。2.通过测定机械性能，进一步了解冷却速度对碳钢组织和性能的影响。3.通过测定机械性能，进一步了解回火对淬火碳钢的组织和性能的影响，并进一步理解淬火碳钢在回火过程中组织转变和性能变化的规律。二、实验原理碳钢的热处理一般有淬火、回火、退火、正火四种方法。不同的热处理方法使碳钢获得不同的组织和性能；同一种热处理方法，当采用不同的热处理工艺参数时，碳钢所获

2、得的组织和性能也不相同。（一）碳钢的淬火淬火是将钢加热到临界点Aq或上某一温度，经过适当保温后，快速冷却，以得到马氏体组织，从而显著提高碳钢的强度和硬度。加热温度、加热保温时间和冷却速度是影响淬火质量的重耍工艺参数。亚共析钢淬火时，要加热到以上30〜50°C,经适当保温后，得到均匀细小的奥氏体。当在水中快冷时，就会得到均匀细小的条状、片状马氏体，还有少量残余奥氏体。如果加热温度过高，会得到粗大的奥氏体晶粒，淬火后得到的马氏体晶粒也粗大。粗大的马氏体组织使钢的韧性下降，具有这种组织的零件或工模具在工作过

3、程中容易发生脆断现象。如果加热温度在Aq〜Ac3之间，则碳钢的高温组织为奥氏体加铁素体，淬火冷却后的组织为马氏体加铁素体。由于铁素体的存在，显著减小了钢的强化效果。淬火的过热组织和欠热组织都是因淬火温度选择不当形成的。过共析钢的淬火温度为Ac,+（30〜50°C）,此时得到细小的奥氏体加未溶的颗粒状二次渗碳体。淬火冷却后的组织为马氏体加渗碳体，也有少量残余奥氏体。如果淬火温度选在以上，则钢中二次渗碳体全部溶入奥氏体。淬火冷却后,除得到粗大的片状马氏体以外，还会得到较多的残余奥氏体。与中的组织比较，作为

4、强化相的未溶渗碳体没有了，而硬度低的残余奥氏体增多了。所以过共析钢的过热淬火组织的硬度、耐磨性和韧性都不如正常淬火。对于共析钢，其正常淬火温度显然是Ac,+（30〜50°C）。表3中列出了本实验所用碳钢的临界点，可供分析淬火温度时参考。钢号临界点（近似值），°CAcx4072479045724780T10730800T12730820表4碳钢在箱式电阻炉中的加热保温总时间加热温度，°C加热保温总时间，分圆形试样每1毫米直径方形试样每1毫米边长6002.03.07001.52.28001.01.5900

5、0.81.210000.40.6为了使淬火加热组织（奥氏体）充分转变，并使其具有均匀的碳浓度，碳钢加热到淬火温度后，还应有一定的保温时间。在实验室中，通常是将加热炉升温到淬火温度，然后向炉内装入试样进行加热。当试样升温至于炉温（即淬火温度）相同时，即进入保温阶段。保温时间与试样的有效尺寸（直径或厚度）有关。表4中列出了在箱式电阻炉中加热试样的加热保温总时间。所谓“总时间”，即试样自装炉到出炉的总时间。如果装炉试样较多，可能出现试样的互相接触甚至堆集情况时，应适当延长加热保温总时间。冷却速度是碳钢淬火过

6、程中极重耍的工艺规范。冷却速度不同，奥氏体的转变产物也不同。由阁31可以看出，水冷时的冷却速度大于临界冷却速度冷却后得到马氏体组织，硬度最高；在油中冷却时，得到马氏体加屈氏体混合组织,其淬火硬度比水冷试样的淬火硬度低一些；当冷却是在空气或炉中进行时，奥氏体则完全分解为索氏体或珠光体，硬度进一步降低。由上述可见，钢的冷却速度可以通过选择不同的冷却介质来控制。碳钢的奥氏体稳定性差，临界冷却速度大，通常要在冷却能力强的冷却介质中冷却方能得到马氏体组织。自来水和10%氯化钠水溶液是常用的碳钢淬火冷却介质。必须

7、注意，水和水溶液的温度一般不能超过4（TC,否则会降低其冷却能力。操作过程中如因不断地淬火冷却而使水温升高时（用手摸有烫手感），可以上下搅拌使之降温。如果水温仍然较高时，则必须更换冷却水。（二）淬火碳钢的回火碳钢制件淬火后都必须进行回火处理，以减小或消除内应力，提高韧性，获得比较稳定的组织和性能。回火是将己淬火的碳钢加热到A,以下某一温度，适当保温一段时间，然后空冷或炉冷至室温。在回火的保温和冷却过程中，淬火马氏体和残余奥氏体都要发生分解和分解产物的聚集长大。随着回火温度的升高，淬火碳钢的组织将依次得

8、到回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体，淬火碳钢的硬度也将依次降低，軔性将逐渐升高，内应力也逐渐趋于消除。低温回火的温度一般为150〜250°C,回火后的组织为回火马氏体。回火马氏体与淬火马氏体的区别是其针片呈黑色，如阁32。回火后的硬度与淬火硬度相差不大，而韧性略有提高。内应力也有所降低。中温回火的温度一般为350-500°C,回火后的组织为极细颗粒状渗碳体加针状铁素体，即回火屈氏体，如阁33,此时，钢的硬度有明星降低，而钢的弹性和韧性较高。高温回火的温