工程材料》课程--实验指导书2010.doc

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1、金陵科技学院工程材料及成形技术基础实验指导书罗卫平编著2009年8月实验一碳钢的热处理及试样硬度测试适用专业机械本科学时数4学时一、实验目的1．了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。2．分析碳钢在热处理时，加热温度、冷却速度及回火温度对其组织与硬度的影响。3．分析碳钢的含碳量对淬火后硬度的影响。4．了解洛氏硬度计的构造及应用范围。5．熟悉洛氏硬度计的操作方法。二、实验设备、用品及试样（一）实验设备1．实验用箱式电阻加热炉（附测温控温装置）。2．洛式硬度计。(二)实验用品1．淬火水槽；2。淬火油槽3。夹钳、砂纸等。（

2、三）实验试样20钢、45钢、T10钢及淬火状态45钢三、实验概述（一）热处理设备及操作方法1．箱式电炉热处理加热电炉有箱式、井式、盐浴或碱浴式等。实验室常采用箱式电炉，按加热温度箱式电炉分为低温、中温和高温之分，中温电阻炉的结构如图1—1所示，其最高加热温度为950℃。图1—2炉温自动测量及控制系统工作原理热处理加热温度能够实现自动测量及控制，炉温的自动测量及控制系统工作原理如图1—2所示。工作时利用热电偶将炉内的温度信号转换成电势信号，电势信号通过测量机构、温度指示机构转换成仪表指针的指示值。同时，温度调节器把测得的实际炉温与给定

3、机构给定的温度进行比较得到偏差值，调节机构根据偏差值发出相应的信号，驱动执行机构改变输出给电炉的电流，以消除偏差值，从而将炉温控制在某一给定值附近。2．热处理工艺钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温与冷却，以改变其组织和性能的工艺。普通热处理有退火、正火、淬火和回火等。（1）加热温度碳钢普通热处理的加热温度，可按表1-1选定。但生产中，应根据工件实际情况作适当调整。常用碳钢的临界点如表1-2所示。热处理加热温度不能过高，否则会使工件的晶粒粗大，氧化、脱碳严重，变形开裂倾向增加。但加热温度过低，也达不到要求的效果。表1-1碳

4、钢普通热处理的加热温度方法加热温度(℃)应用范围退火Ac3+(20~60)亚共析钢完全退火Ac1+(20~40)过共析钢球化退火正火Ac3+(50~100)亚共析钢Accm+(30~50)过共析钢淬火Ac3+(30~70)亚共析钢Ac1+(30~70)过共析钢回火低温150~250刃具、模具、量具、高硬度零件中温350~500弹簧、中等硬度零件高温500~650齿轮、轴、连杆等综合机械性能零件（2）加热时间热处理加热时间（包括加热、保温时间）通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间：T=αD式中：T——加热时间（min）；α—

5、—加热系数（min/mm）；D——工件有效厚度（mm）。当碳钢工件D≤50mm，在800~960℃箱式电阻炉中加热时，α=1~1.2（min/mm）。回火的保温时间要保证工件热透并使组织充分转变。实验时组织转变时间可取0.5h。表1-2常用碳钢的临界点钢号临界点(℃)Ac1Ac3Accm20钢735855——45钢724780——T8A钢730————T12A钢730——820（3）冷却方法钢退火一般采用随炉冷却到600~550℃以下再出炉空冷。正火采用空气中冷却。淬火时，钢在过冷奥氏体最不稳定的范围内（650~550℃）的冷却速度

6、应大于临界冷却速度，以保证工件不转变为珠光体组织；而在Ms点附近的冷却速度应尽可能低，以降低淬火内应力，减少工件变形与开裂。因此，淬火时除了要选用合适的淬火冷却介质外，还应改进淬火方法。对形状简单的工件，常采用单液淬火法，碳钢用水或盐水溶液作冷却介质，合金钢常用油作冷却介质。3．实验注意事项（1）在取放试样时，操作者应戴上手套，夹钳应擦干，炉门开、关要快。（2）淬火冷却是时，试样要用夹钳加紧，动作要迅速，并要在冷却介质中不断搅动。夹钳不要夹在测定硬度的表面上，以免影响硬度值。（3）测定硬度前，必须用砂纸将试样表面的氧化皮除去并磨光。

7、每个试样应在不同部位测定三次硬度，并计算其平均值。（4）为便于比较，一律用洛氏硬度测定。（二）洛氏硬度实验洛氏硬度以顶角为120℃的金刚石圆锥体作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，通过测量压痕深度来确定其硬度。被测材料的硬度可在硬度计刻度盘上读出。洛氏硬度有HRA、HRB和HRC三种标尺，其中以HRC应用最多，一般用于测量经过淬火处理后较硬材料的硬度。在实际使用中为了使硬材料的洛氏硬度值比软材料的高，以符合人们的习惯。因此被测材料的硬度值须用下式作适当变换：HR=式中：K——常数，采用金刚石压头时为0.2，采用1.5875mm钢

8、球压头时为0.26；C——常数，采用金刚石压头或钢球压头时都为0.002；h3、h2——施加载荷前后的压痕深度（mm）。常用的三种洛氏硬度试验规范见表1—3。表1—3常用三种洛氏硬度试验规范硬度符号压头类型总试验力Kg（N）有效范围应