钢的热处理及其对组织和性能的影响

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1、钢的热处理及其对组织和性能的影响一、实验目的1．熟悉钢的几种基本热处理操作（退火、正火、淬火及回火）；2．研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；3．观察和研究碳素钢经不同形式热处理后显微组织的特点；4．了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。二、实验概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。加热温度、保温时间和冷却方式是热处理最重

2、要的三个基本工艺因素。正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。1.加热温度选择（1）退火加热温度一般亚共析钢加热至AC3＋(20～30)℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至AC1＋(20～30)℃（球化退火），目的是得到球化体组织，降低硬度，改善高碳钢的切削性能，同时为最终热处理做好组织准备。（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ACm＋(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。退火和正火加热温度范围选择见图3-1。图1退火和正火的加热温度范围

3、图2淬火的加热温度范围（3）淬火加热温度一般亚共析钢加热至AC3＋(30～50)℃；共析钢和过共析钢则加热至AC1＋(30～50)℃，加热温度范围选择见图3-2。淬火按加热温度可分为两种：加热温度高于AC3时的淬火为完全淬火；加热温度在AC1和AC3（亚共析钢）或AC1和ACCm（过共析钢）之间是不完全淬火。在完全淬火时，钢的淬火组织主要是由马氏体组成；在不完全淬火时亚共析钢得到马氏体和铁素体组成的组织，过共析钢得到马氏体和渗碳体的组织。亚共析钢用不完全淬火是不正常的，因为这样不能达到最高硬度。

4、而过共析钢采用不完全淬火则是正常的，这样可使钢获得最高的硬度和耐磨性。在适宜的加热温度下，淬火后得到的马氏体呈细小的针状；若加热温度过高，其形成粗针状马氏体，使材料变脆甚至可能在钢中出现裂纹。（4）回火加热温度钢淬火后都需要进行回火处理，回火温度取决于最终所要求的组织和性能（工厂常根据硬度的要求），通常按加热温度的高低，回火可分为以下三类。低温回火：加热温度为150℃～250℃。其目的主要是降低淬火钢中的内应力，减少钢的脆性，同时保持钢的高硬度和耐磨性。常用于高碳钢制的切削工具、量具和滚动轴承件

5、及渗碳处理后的零件等。中温回火：加热温度为350℃～500℃。其目的主要是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。主要用于各种弹簧热处理。高温回火：加热温度为500℃～650℃。其目的主要是获得既有一定的强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合机械性能。通常把淬火后加高温回火的热处理称做调质处理。主要用于处理中碳结构钢，即要求高强度和高韧性的机械零件，如轴、连杆、齿轮等。1.保温时间的确定为了使工件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解奥氏体成分均匀化，必须在热处理加热温度下保温一定的

6、时间。通常将工件升温和保温所需时间算在一起，统称为加热时间。热处理加热时间必须考虑诸多因素，例如工件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时炉子的温度，钢的成分和原始组织，热处理的要求和目的等等。实际工作中常根据经验大致估算加热时间。一般规定，在空气介质中，升到规定温度后的保温时间，对碳钢来说，按工件厚度（或直径）每毫米一分钟到一分半钟估算；合金钢按每毫米两分钟估算。在盐浴炉中，保温时间则可缩短1～２倍。对钢件在电炉中保温时间的数据可参考表3-1。表1钢件在电炉中的保温时间选择参考数据材料工

7、件厚度或直径(毫米)保温时间（分）碳钢﹤252025～504550～7560低合金钢﹤252525～506050～7560当工件厚度或直径小于25毫米时，可按每毫米保温一分钟计算。2.冷却方式和方法热处理时冷却方式（冷却速度）影响着钢的组织和性能。选择适当的冷却方式，才能获得所要求的组织和性能。退火一般采用随炉冷却。正火采用空气冷却，大件可采用风冷。淬火的冷却方法非常重要。冷却速度是钢在淬火过程中最主要的因素，它直接影响淬火产物和性能。一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证全部得到马氏体组织；

8、另一方面冷却应尽量缓慢，以减少内应力，避免工件变形和开裂。为了解决上述矛盾，可以采用不同的冷却介质和冷却方法，使淬火工件在奥氏体最不稳定的温度范围内(650℃～550℃)快冷，超过临界冷却速度，以防珠光体类型转变发生；而在马氏体转变区域范围内(300℃～100℃)，则冷却减慢，以减少淬火工件产生的应力。理想的冷却速度如图3-3所示。3淬火时的理想冷却曲线示意图淬火介质不同，其冷却能力不同，因而工件的冷却速度也就不同。合理选择冷却介质是保证淬火质量的关键。对于碳钢来说，用室温的水作淬火介质通常能保