碳钢的热处理后硬度测定以及金相分析 实验指导书

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1、实验七碳钢的热处理及硬度测定以及金相分析实验项目名称：碳钢的热处理及硬度测定、金相分析实验项目性质：综合实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：4一、实验目的（1）熟悉碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。（2）了解含碳量、加热温度、冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。（3）分析淬火及回火温度对钢性能的影响。（4）学会洛氏硬度计的使用。（5）学会采用不同的热处理工艺，将会得到不同的组织结构，从而使钢的性能发生变化。二、实验内容和要求热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，热处理的主要目的是改善钢材性能，提高工件使用寿

2、命。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织发生了质的变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序，也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。Fe-FeC相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。1、加热温度（1）退火加热温

3、度：完全退火加热温度，适用于亚共析钢，Ac3+（30~50℃）；球化退火加热温度，适用于共析钢和过共析钢，Ac1+（30~50℃）。（2）正火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；过共析钢是Accm+（30~50℃），也就是加热到单相奥氏体区。退火和正火的加热温度范围见图2-1所示。图2-1退火与正火的加热温度（3）淬火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；对共析钢和过共析钢是Ac1+（30~50℃），见图2-2。钢的临界温度Ac1、Ac3及Accm，在热处理手册或合金钢手册中均可查到。再经计算可求出钢的热处理温度。也可

4、以利用铁碳相图决定A1、A3及Acm点的温度再加上10~20℃即近似Ac1、Ac3及Accm，然后再计算热处理温度。表2-1是各种碳钢的临界温度。图2-2淬火加热温度范围表2-1各种碳钢的临界温度类别钢号临界点温度（℃）淬火温度Ac1Ac3或ACcmAR1AR3碳素结构钢20735855680835860~88030732813677835850~87040724790680760840~86045724682682751840~86050725690690750770~80060725695695743860~880碳素工具钢T77307

5、70700-780~800T8730-700-780~800T10730800700-760~800T12730820700-760~800T13730830700-760~800（4）回火温度：钢淬火后必须要回火。回火温度决定于最终所要求的组织和性能。按加热温度，回火可分为低温、中温及高温回火三类。低温回火在150~250℃进行回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC60，常用于切削刀具和量具；中温回火是在350~500℃进行回火，硬度约为HRC35~45，主要用于各类弹簧热处理；高温回火是在500~~650℃进行，所得组织为回火索氏体

6、，硬度为HRC25~35，用于结构零件的热处理；高于650℃的回火为珠光体，硬度较低。例如，45钢的回火温度经验公式如下T=200+K（60-X）式中K——系数，当回火后要求的硬度值大于HRC30时，K=11；当硬度值小于HRC30时，K=12；X——所要求的硬度值（HRC）。2、加热时间热处理加热时间与许多因素有关，例如工件的尺寸、形状、使用的加热设备、装炉量、钢的种类；热处理类型、钢材的原始组织、热处理的要求和目的等。上述因素都要综合考虑，具体参考数据可查有关手册。3、冷却方法热处理的冷却方法至关重要，控制不同的冷却速度（即采用不同的冷

7、却方式），可得到不同的组织，从而有不同的性能。（1）退火一般采用随炉冷却，冷到500℃左右，可以出炉空冷，不必在炉中冷到室温。（2）正火多采用在空气中冷却，大件常进行吹风冷却。（3）淬火采用急冷方式，即冷却速度应超过钢的临界冷却速度，以保证得到马氏体组织，另一方面冷却速度应当尽量缓慢，以减少内应力，避免变形和开裂。为了调和上述矛盾，可以采用适当的冷却剂和冷却方式。常用的淬火方法有双液淬火、分级淬火、单液淬火、等温淬火等。常用的淬火介质有清洁的自来水、浓度为5~10%的NaCl水溶液、矿物油等。三、实验主要仪器设备和材料1、箱式电炉及控温仪表

8、；2.水银温度计；3.洛氏硬度机；4.抛光机；5.金相显微镜；6.冷却剂：水、油；7．试样：20钢、45钢、T12钢。四、实验方法、步骤及测试结果1．淬火部分的内容及具体操作步骤