结构钢的热处理工艺、组织与性能之间的关系

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1、结构钢的热处理工艺、组织分析与性能之间的关系指导教师：李智教授2013年11月281、了解淬火、回火工艺对结构钢组织和性能的影响2、确定结构钢具有综合机械性能的热处理工艺实验目的结构钢是机械制造和工程构件中应用最广泛的一类钢。它要求具有高的综合机械性能，即要求具有高的强度、硬度以及好的塑性和韧性的配合。实验原理热处理热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺。其目的是改变钢的内部组织结构，以改善其性能。常用的热处理工艺为以下几种：退火、正火、淬火和回火。一、退火将钢件加热至

2、高于或低于钢的临界温度，经适当保温后随炉或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。目的：调整硬度，便于切削加工，适合加工的硬度为170-250HB；消除内应力，防止加工中变形；细化晶粒，为最终热处理作组织准备。二、正火正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~50℃，共析钢加热到Ac1+30~50℃，过共析钢加热到Accm+30~50℃保温后空冷的工艺。目的：对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同；对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；普通件最终热处理。三、淬火淬火是将钢加热到临界点

3、以上，保温后以大于Vk速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火是应用最广的热处理工艺之一。淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能1、淬火温度-碳钢亚共析钢淬火温度为Ac3+30-50℃预备热处理组织为退火或正火组织亚共析钢淬火组织：0.5%C时为M0.5%C时为M+A’。65MnV钢(0.65%C)淬火组织45钢(含0.45%C)正常淬火组织共析钢淬火温度为Ac1+30-50℃；淬火组织为M+A’过共析钢淬火温度:Ac1+30-50℃温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大A’量增多。使钢硬度耐磨

4、性下降，脆性、变形开裂倾向增加。淬火组织:M+Fe3C颗粒+A’。(预备组织为P球)T12钢（含1.2%C）正常淬火组织2、淬火介质理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。常用淬火介质是水和油水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件理想淬火曲线示意图MsMf油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。聚乙烯醇、

5、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.3、淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介质的不足各种淬火方法示意图1—单液淬火法2—双液淬火法3—分级淬火法4—等温淬火法四、回火回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温适当时间后，置于空气或水中冷却的工艺。1、目的：减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂；获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性；稳定尺寸；对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用回火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。2、钢在回火时的转变①马氏体的分解②残余奥氏体分解③-碳化物转变为Fe3C④Fe3C聚

6、集长大和铁素体多边形化3、回火脆性淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。第一类回火脆性又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350℃回火时出现的脆性。这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法第二类回火脆性又称可逆回火脆性。是指淬火钢在500-650℃范围内回火后缓冷时出现的脆性.回火后快冷不出现，是可逆的。防止办法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(约1%)、Mo(约0.5%)。该法更适用于大截面的零部件4、回火种类广泛用于各种结构件如

7、轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。适用于各种高碳钢、渗碳件及表面淬火件。应用获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。提高e及s，同时使工件具有一定韧性。在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力。回火目的S回T回M回回火组织500-650℃350-500℃150-250℃回火温度高温回火中温回火低温回火适用于弹簧热处理淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质试验方法与步骤1、将20钢、45钢、T11钢分别在920℃、880℃、860℃加热，保温20分钟，并分别在10%盐水、水

8、、和油中淬火；2、观察淬火后式样的组织并测其洛氏硬度；3、将各个试样分别在180℃、350℃、560℃回火半个小时；4、观察回火组织并测其洛氏硬度。试验方法与步骤实验报告要求1、写明实验目的、实验原理及试验