碳钢的热处理及组织观察实验.doc

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1、《材料科学基础A2》实验指导书江苏科技大学材料机械与冶金学院2010年6月实验1：碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定综合实验一、实验目的1.了解硬度计的原理、初步掌握布氏、洛氏硬度计的使用；2.了解碳钢的热处理工艺操作；3.研究碳钢加热温度、冷却速度、回火温度对钢性能的影响；4.观察热处理后的组织及其变化。二、实验内容1．按表1中的热处理工艺进行操作，并对热处理后的各样品进行硬度测定，将硬度值填入表1中。表1各种热处理工艺冷却方式45钢加热温度℃硬度水冷780水冷860油冷860空冷860表245钢回火工艺45钢回火工艺/860℃水冷淬火回火温度℃20

2、0400500600回火前硬度回火后硬度注：保温时间可按1分钟/每毫米直径计算；回火保温时间均为30分钟，然后取出空冷。2.观察下列表2热处理后的金相试样，并画出组织示意图。表3热处理后的金相试样编号钢号处理状态显微组织腐蚀剂145860℃正火F+P4%硝酸酒精245860℃油淬M+B上+T+F少4%硝酸酒精345860℃水淬M4%硝酸酒精445780℃水淬M+F4%硝酸酒精545860℃水淬低温回火回火M4%硝酸酒精645860℃水淬中温回火回火T4%硝酸酒精745860℃水淬高温回火回火S4%硝酸酒精三、实验原理（一）硬度计的原理1．洛氏硬度洛氏硬度

3、是以顶角为120°的金刚石圆锥体（或直径为Φ1.588㎜的淬火钢球）作压头，以规定的试验力使其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。压入试样表面之后卸除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。 洛氏硬度值由h的大小确定，压入深度h越大，硬度越低；反之，则硬度越高。一般说来，按照人们习惯上的概念，数值越大，硬度越高。因此采用一个常数c减去h来表示硬度的高低。并用每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号HR表示。由此获得的洛氏硬度值HR为一无名数，试验时一般由

4、试验机指示器上直接读出。洛氏硬度的三种标尺中，以HRC应用最多，一般经淬火处理的钢或工具都采用HRC测量。在中等硬度情况下，洛氏硬度HRC与布氏硬度HBS之间关系约为1：10，如40HRC相当于400HBS。如50HRC，表示用HRC标尺测定的洛氏硬度值为50。硬度值应在有效测量范围内（HRC为20－70）为有效。2．布氏硬度布氏硬度是以一定的试验力如：187.5kg250kg3000kg等载荷把用一定直径的钢球或硬质合金球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HBSHBW），单位为N/mm2。布氏硬度计适合测量

5、铸铁等材料的工件。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观又方便。（二）钢的热处理工艺：钢的热处理基本工艺有退火、正火、淬火和回火。进行热处理时，加热是第一道工序，目的是为了得到奥氏体，因为钢的最终组织珠光体、贝氏体和马氏体都是由奥氏体转变来的。二是保温、目的使奥氏体均匀化。三是冷却，是改变组织和性能的重要因素。因此，正确选择三个基本因素是热处理成功的基本保证。1．加热温度的选择（1）退火加热温度：根据Fe-Fe3C相图确定。对亚共析钢，其加热温度为；共析钢和过共析钢加热至AC1+（20～30）℃（球化退火），目的是得到

6、球状渗碳体，降低硬度，改善切削性能。（2）正火加热温度：一般亚共析钢加热至AC3+（30～50）℃；过共析钢加热至+（30～50）℃，即加热到奥氏体单相区。（3）淬火加热温度：一般亚共析钢加热至AC3+（30～50）℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。如果加热温度不足（如低于AC3）,则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足；共析钢和过共析钢加热至AC1+（30～50）℃，淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。未溶的粒状二次渗碳体可提高钢的硬度和耐磨性。过高的加热温度（高于ACCM），会因得到粗大的马氏体，过多的残余奥氏体而导致硬度和耐磨性下降，

7、脆性增加。（4）回火温度：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）。按加热温度不同，回火可分为三类：低温回火：在150～250℃回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC57-60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。中温回火：在350～500℃回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40-48，其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。因为它主要用于各种弹簧及热锻模。高温回火：在500～650℃回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC25-

8、35，其目的是获得既有一定强度、硬度、又有良好的冲击韧性的综合机械性能，常把淬火