金属学与热处理实验指导书

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1、实验五碳钢的热处理工艺及组织观察一、实验目的1、了解碳钢热处理操作。2、研究淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的和性能（硬度）的影响。3、观察热处理后钢的组织。4、测试热处理前后试样的洛氏硬度。二、实验仪器与设备RXJ2箱式电阻炉、XJP-3C双冃金相显微镜、HRJ50A洛氏破度计。三、概述1、淬火、回火工艺参数的确定。Fc-FcsC状态图和C■曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。热处理工艺参数主要包括加热温度，保温时间和冷却速度。（1）加热温度的确定：淬火加热温度决定钢的临界点，亚共析钢，适宜的淬火温度为AC3+3

2、0〜50°C,淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。如果加热温度不足（＜Ac3）,淬火纟R织屮仍保留一部分原始组织的铁素体，造成淬火硕度不足。过共析钢，适宜的淬火温度为Acl以上30〜50°C,淬火后的组织为马氏体+二次渗碳体（分布在马氏体基体内呈颗粒状）。二次渗碳体的颗粒存在，会明显增高钢的耐磨性。而且加热温度较Acm为低，这样可以保证马氏体针叶鮫细，从而减低脆性。冋火温度，均在Acl以下，其具体温度根据最终要求的性能（通常根据硬度要求）而定。（2）加热、保温时间的确定：加热、保温的目的是为了使零件内外达到所要求的加热温度，完成应有

3、的组织转变。加热、保温吋间主要决定于零件的尺寸、形状、钢的成分、原始组织状态，加热介质、零件的装炉方式和装炉量以及加热温度等。木实验用园形薄片试样，在马福电炉屮加热，加热温度在800〜900°CZ间，按直径每毫米保温一分钟计算。冋火加热保温时间，应与冋火温度结合起来考虑，一般来说，低温回火时，由于所得组织并不是稳定的，内应力消除也不充分，为了使组织和内应力稳定，从而使零件在使用过程中性能与尺寸稳定，所以回火时间耍长一些，不少于1.5〜2小时。鬲温回火时间不宜过长,过长会使钢过分软化，有的钢种甚至造成严重的回火脆性，一般在0.5〜1

4、小时。本实验淬火示的试样分别不同温度回火，保温时间均在1小时内。（3）冷却介质：冷却介质是影响钢最终获得组织与性能的重要工艺参数，同一•种碳钢，在不同冷却介质屮冷却时，由于冷却速度不同，奥氏体在不同温度下发生转变，并得不同的转变产物。淬火介质主耍根据所耍求的组织和性能来确定。常用的介质有水、盐水、油、空气等。对碳钢而言，退火常采用随炉缓慢冷却，正火为空气中冷却，淬火为在水或盐水中冷却，回火为空气屮冷却。2、基本组织的金相特征碳钢退火、正火后可得到平衡组织，淬火后则得各式各样的不平衡组织，这样，在研究钢热处理后的组织时，不仅要参考铁

5、碳状态图和C一曲线，而H•还要熟悉以下基木组织的金相特征。(1)索氏体：是铁素体与片状渗碳体的机械混合物。片层分布比珠光体细密，在高倍(700X左右)显微镜F才能分辩出片层状。(2)屈氏体：也是铁素体与片状渗碳体的机械混合物。片层分布比索氏体更细密，在—般光学显微镜下无法分辩，只能看到黑色组织如黑菊状。当其少量析出时，沿品界分布呈黑色网状包围马氏体。当析出量较多时，则呈大块黑色晶粒状。只冇在电了显微镜下观察才能分辩其中的片层状。层片愈细，则鴉性变形的抗力愈人，强度及硬度愈高，另一方面，鴉性及韧性则有所下降。(3)贝氏体，从金相形状

6、看，贝氏体主要有三种形态，即羽毛状上贝氏体和针状下贝氏体、粒状贝氏体。(a)上贝氏体基木特征：条状铁素体人致平行排列。在铁素体条间分布与铁素体条轴相平行的条状渗碳体。同吋铁素体条内有较高的位错密度。在上贝氏体屮，渗碳体条间距决定于铁素体条的宽度，通常经珠光体的片间距大，且渗碳体的分布是断断续续的。上贝氏体的强度较低，同时由于在铁素体条间存在着狭长的碳化物沉淀，使条间易于断裂，故生产中应尽虽:避免这一组织产生。(b)下贝氏体：是黑色针状，有一定取向，比淬火马氏体易腐蚀，极相似于回火马氏体。下贝氏体组织特征：针状铁素体内沉淀有碳化物，

7、碳化物的取向与铁素体的长轴成55〜60°o(c)粒状贝氏体：在低中碳合金屮，特别是连续冷却时(如正火、热扎空冷或焊接热影响区)往往出现这种组织，在等温冷却时也可能形成。其形成温度在中温转变区的较高温度。是由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。岛状组织刚形成吋为富碳奥氏体，随后的转变可以有-三种情况：分解为铁素体和碳化物；发生马氏体转变；仍然保持为富碳的奥氏体。(4)马氏体：所谓马氏体就是碳在a-Fe41的过饱和固溶体。马氏体组织形成按其碳含量的高低分为两种，即板条状马氏体和片状马氏体。(a)板条状马氏体：一般低碳钢和低碳合金钢淬火

8、后得到板条状马氏体组织，其组织特征：尺寸大致相同的细马氏体定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。在领域为领域Z间位向差较大，--颗原始的奥氏体晶粒内可形成儿个不同的马氏体领域。条状马氏体具有较低的硬度，好的韧性。(b)片状马氏体，含碳量较高的钢中淬