碳钢的热处理及硬度计使用实验

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1、实验二碳钢的热处理及硬度计使用一．实验目的1、熟悉碳钢的基本热处理的操作方法。2、了解含碳量、加热温度、保温时间、冷却速度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响。3、学会洛氏硬度计的使用。二．概述一．碳钢的热处理钢的热处理是利用钢在固态范围内的加热、保温、冷却，借以改变其内部组织从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种工艺方法。普通热处理的基本操作包括退火、正火、淬火、回火等。实施热处理操作时，加热问题、保温时间、冷却方式是最基本的环节，正确选择这三者的参数是热处理质量的关键。1．1．加热温度的选择（1）退火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（30~5

2、0）ºC（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至Ac1+（30~50）ºC（球化退火）。（2）正火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（30~50）ºC；过共析钢加热至Accm+（30~50）ºC退火和正火加热温度的选择如图3.1所示。（3）淬火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（30~50）ºC；共析钢和过共析钢加热至Ac1+（30~50）ºC，如图3.2所示。图3.1退火和正火加热温度范围图3.2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、Acmm的位置。在各种热处理手册或材料手册中，都可以查到各种钢的热处理加热文帝。热处理时

3、不能任意提高加热温度，因为加热温度过高时，晶粒容易长大、氧化、脱碳和变形。（4）回火温度的选择：钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能（工厂中常常是根据硬度的要求）。按加热温度的高低，回火分为三类：1）低温回火：在150~250ºC的回火称为低温回火。目的是降低淬火应力，减少钢的脆性，并保持钢的硬度。常用于高碳钢的切削刀具、量具和滚动轴承的热处理。2）中温回火：在350~500ºC的回火称为中温回火。目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。常用于弹簧钢的热处理。3）高温回火：在500~650ºC的回火称为高温回火。目的是获得既有一定强度、

4、硬度，又有良好冲击韧性的综合力学性能。所以把淬火后经高温回火的处理称为调质处理。常用于中碳结构钢。表3.1列出了几种碳钢的加热临界点。表3.1几种碳钢的加热临界点碳质量分数/%临界点（ºC）淬火温度（ºC）Ac1Ac3Accm0.2727835860~8800.4727780840~8600.8727723780~8001.0727800760~8001.2727895760~8002、保温时间的确定为了使工件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，必须在淬火加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和和保温时间算在一

5、起，统称为加热时间。确定热处理的加热时间必须考虑多种因素。如：工件的尺寸和性质；使用的设备和装容量；装炉时炉子的温度；钢的成分和原始组织；热处理的要求和目的等。具体时间课参考热处理手册中的有关数据。实际工作中更多是根据经验大致估算加热时间。一般规定，在空气介质中，升到规定温度后的保温时间，对碳钢来说，按工件厚度每毫米需1~1.5min估算；合金钢按每毫米2min估算。在盐浴炉中，保温时间可缩短1~2倍。3、冷却方式和方法热处理时的冷却方法要适当，才能获得所要求的组织和性能。退火一般采用随炉冷却；正火采用空气冷却，大件可采用吹风冷却。淬火冷却方法非常重要，

6、一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证全部得到马氏体组织；另一方面冷却应尽量缓慢以减少内应力，避免变形和开裂。为了解决上述矛盾，可以采用不同的冷却介质和方法，使淬火工件在奥氏体最不稳定的温度范围内（650~550ºC）快冷，超过临界冷却速度。在（300~100ºC）以下温度时慢冷，理想的冷却速度如图3.3所示。图3.3淬火时理想冷却曲线示意图图3.4各种淬火冷却曲线示意图常用淬火方法有单液淬火、双液淬火（先水冷后油冷）、分级淬火、等温淬火等（图3.4）。表3.2中列出了几种常用淬火介质的冷却能力。表3.2几种常用淬火介质的冷却能力冷却介质冷却速度（ºC

7、/s）650~550ºC区间300~100ºC区间水（18ºC）600270水（26ºC）500270水（50ºC）100270矿物油15030变压器油12025肥皂水3020010%油水7020010%NaCl水（18ºC）110030010%NaCl水（50ºC）800270二．洛氏硬度计的使用1、原理硬度是金属材料机械性能的重要指标之一，因测量简便，在生产中得到广泛应用，热处理后的零件性能，常用洛氏硬度计来测量。洛氏硬度值是根据负荷（也叫外力）作用下产生的压痕深度值来确定的。其测量原理如图3.5所示。图3.5洛氏硬度试验原理图图中：0—0未加负荷。

8、压头未接触试样时的位置。1—1压头加预负荷（10公斤）后压入试样的压痕深度ho的