實(shí)驗(yàn)報(bào)告:40鋼試樣退火、正火、淬火、熱處理
西安交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告
課程_機(jī)械工程材料_實(shí)驗(yàn)名稱____________________
系別______________________實(shí)驗(yàn)日期年月日
專業(yè)班號(hào)____________組別_________交報(bào)告日期年月日
姓名_______學(xué)號(hào)______________報(bào)告退發(fā)(訂正、重做)同組者_(dá)___________________________________教師審批簽字
實(shí)驗(yàn)名稱
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
(1)了解碳鋼熱處理操作。
(2)學(xué)會(huì)使用洛氏溫度計(jì)測(cè)量材料的硬度性能值。
(3)利用數(shù)碼顯微鏡獲取金相組織圖像,掌握熱處理后的鋼的金相
組織分析。
探討淬火溫度、淬火冷卻溫度、回火溫度T12鋼的組織和性能影響。
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
(1)40鋼試樣退火、正火、淬火、熱處理。(2)用洛氏硬度計(jì)測(cè)定試樣熱處理實(shí)驗(yàn)前后的硬度。(3)觀察樣品,獲取其纖維組織圖像
對(duì)照金相圖譜,分析討論本次實(shí)驗(yàn)可能獲得的典型組織:片狀珠光體、片狀馬氏體、板條狀馬氏體、回火馬氏體、回火托氏體、回火索氏體等的金相特征。
三、實(shí)驗(yàn)概述
(1)熱處理工藝參數(shù)的確定Fe-Fe3C狀態(tài)圖和C-曲線是制定碳鋼熱處理工藝的重要依據(jù)。熱處理工藝參數(shù)主要包括加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。(2)基本組織的金相特征
碳鋼經(jīng)熱退火后可得到(近)平衡組織,淬火之后則得到各種不平衡組織。普通熱處理除退火、淬火之外還有正火和回火。這樣在研究鋼熱處理后的組織時(shí),還要熟悉索氏體、托氏體、回火馬氏體、回火托氏體、回火索式體等基本組織的金相特征。(3)金相組織的數(shù)碼圖像
金相組織照片可提供材料內(nèi)在質(zhì)量的大量信息及數(shù)據(jù),金相分析是材料科研、研發(fā)及生產(chǎn)中的重要分析手段。
XJP-6A金相顯微鏡數(shù)字采集系統(tǒng)是在XJP-6光學(xué)顯微鏡基礎(chǔ)上,添加光學(xué)適配鏡,通過圖像采集和信息化處理,提供計(jì)算機(jī)數(shù)碼圖像的系統(tǒng),可獲得真實(shí)、精細(xì)的影像,以及高品質(zhì)的金相顯微組織照片
四、實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備
(1)砂紙、玻璃板、拋光機(jī)等金相制樣設(shè)備。(2)40鋼(3)馬福電爐(4)洛氏硬度計(jì)(5)淬火水槽、油槽(6)鐵絲、鉗子
(7)金相顯微鏡、數(shù)碼金相顯微鏡
五、實(shí)驗(yàn)流程
(1)取已編好號(hào)碼的試樣一塊,綁好鐵絲環(huán)。
(2)由實(shí)驗(yàn)老師講解洛氏硬度計(jì)的使用,觀看硬度測(cè)定示范并測(cè)定
試樣處理前硬度。
(3)斷電打開電爐門,將試樣放入850℃爐膛內(nèi)加熱,試樣盡量靠
近爐中測(cè)溫電偶端點(diǎn),以保證熱電偶測(cè)出的溫度盡量接近試樣溫度。
(4)當(dāng)試樣加熱到要求溫度時(shí),開始計(jì)算保溫時(shí)間,保溫到所需時(shí)
間后,斷電開爐門,立即用鉤子取出試樣,出爐水冷30秒左右。
(5)試樣經(jīng)處理后,用砂布磨去氧化皮,擦凈,然后在洛氏硬度計(jì)
上測(cè)硬度值,將數(shù)據(jù)填入原始記錄表格中。(6)制備金相試樣,在數(shù)碼顯微鏡上采集圖像。
六、實(shí)驗(yàn)心得
通過實(shí)驗(yàn),了解了碳鋼的熱處理工藝操作,學(xué)會(huì)了使用洛氏硬度計(jì)測(cè)量硬度和利用數(shù)碼顯微鏡獲取組織圖像,實(shí)驗(yàn)過程要耐心細(xì)心,才能得到理想的結(jié)果。
40鋼在淬火后硬度大幅度提高,從0提高到22左右,因?yàn)榇慊鸷蟮玫搅笋R氏體,強(qiáng)度增加。原始記錄表格
試樣編號(hào)處理前2材料名稱45鋼樣品硬度(HRC)0淬火后回火后25.022.223.1回火溫度無回火熱處理工藝加熱溫度850℃冷卻方法油冷最終組織照片顯微鏡型號(hào)硬度計(jì)型號(hào)XJP-6AHR-150A金相組織描述放大倍數(shù)400馬氏體腐蝕劑4%硝酸酒精
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北京理工大學(xué)珠海學(xué)院-工程材料及熱處理實(shí)驗(yàn)
工程材料及熱處理
實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
北京理工大學(xué)珠海學(xué)院機(jī)械與車輛學(xué)院
201*.10
實(shí)驗(yàn)三碳鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1、了解碳鋼熱處理的基本方法。
2、了解不同熱處理方法對(duì)碳鋼組織與性能的影響。
二、實(shí)驗(yàn)原理
熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻,以改變鋼的組織結(jié)構(gòu),獲得所需要性能的一種工藝。不同的熱處理工藝過程,會(huì)使鋼得到不同的組織,從而獲得所需要的性能。
鋼的熱處理基本工藝方法可分為退火、正火,,淬火和回火等。1、鋼的退火和正火
鋼的退火是把鋼加熱到臨界溫度Ac1或Ac3以上,保溫一段時(shí)間,然后緩慢地隨爐冷卻。此時(shí)奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解而得到比較接近平衡狀態(tài)的組織。中碳鋼(如40、45鋼)經(jīng)退火后組織穩(wěn)定,硬度較低(HBl80~220)有利于下一步進(jìn)行切削加工。
正火是將鋼加熱到Ac3或Acm以上30~50C,保溫后空冷。因冷卻速度稍快,與退火組織相比,組織中的珠光體相對(duì)量較多,且片層較細(xì)密,所以性能有所改善。對(duì)低碳鋼來說,正火后提高硬度可改善切削加工性,提高零件表面光潔度;對(duì)高碳鋼則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體,為下一步球化退火及淬火作準(zhǔn)備。
2、鋼的淬火
淬火是將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上3050C,保溫后放入各種不同冷卻介質(zhì)中快速冷卻(V冷應(yīng)大于V臨),以獲得馬氏體組織的一種工藝。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。
淬火必須考慮三個(gè)重要因素:淬火加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。(1)淬火溫度的選擇
正確選定加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要一環(huán)。淬火時(shí)的加熱溫度主要取決于鋼的含碳量,可根據(jù)Fe-Fe3C相圖確定。亞共析鋼,其加熱溫度為Ac3+30~50~C。過共析鋼,加熱溫度為Ac1+30~50C。不能任意提高加熱溫度。溫度過高晶粒容易長(zhǎng)大,并增加氧化脫碳和變形的傾向。各種不同成分碳鋼的臨界溫度列于表3-1中。(2)保溫時(shí)間的確定
淬火加熱時(shí)間實(shí)際上是將試樣加熱到淬火溫度所需的時(shí)間及在淬火溫度停留所需時(shí)間的總和。加熱時(shí)間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所用的加熱介質(zhì)、加熱方法等因素有關(guān),一般按照經(jīng)驗(yàn)公式加以估算,碳鋼在電爐中加熱時(shí)間的計(jì)算可參見表3-2。
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表3-1各種碳鋼的臨界溫度(近似值)
類別鋼號(hào)2030臨界溫度℃Ac1735732724724725727
Ac3855813790780760766Ar1680677680682690700Ar3835835796760760721碳素結(jié)構(gòu)鋼40455060表3-2碳鋼在箱式電爐中保溫時(shí)間的確定
工件形狀加熱溫度℃圓柱形方形保溫時(shí)間分鐘/每毫米直徑分鐘/每毫米厚度分鐘/每毫米厚度7008009001000
(3)冷卻速度的影響
冷卻是淬火的關(guān)鍵工序,直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時(shí)應(yīng)使冷卻速度大于臨界冷卻速度,以保證獲得馬氏體組織;在這個(gè)前提下又應(yīng)盡量緩慢冷卻,以減小內(nèi)應(yīng)力,防止變形和開裂。可根據(jù)C曲線圖,使淬火工件在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍(650~550C)進(jìn)行快冷(即與C曲線的“鼻尖”相切),而在較低溫度(300100C)時(shí)的冷卻速度則盡可能小些。
不同的冷卻介質(zhì)在不同的溫度范圍內(nèi)的冷卻能力有所差別。各種冷卻介質(zhì)的特性見表3-3。
3、鋼的回火
鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織質(zhì)硬而脆,并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力,如果直接進(jìn)行磨削加工往往會(huì)出現(xiàn)龜裂;一些精密的零件在使用過程中將會(huì)引起尺寸變化而失去精度,甚至開裂。因此淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。
回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。碳鋼常用的回火種類、
板形1.510.80.42.21.51.20.6321.60.8北京理工大學(xué)珠海學(xué)院-工程材料及熱處理實(shí)驗(yàn)
回火目的、回火后的組織及應(yīng)用見表3-4。
表3-3幾種常用淬火介質(zhì)的冷卻能力
冷卻介質(zhì)18℃的水26℃的水50℃的水74℃的水10%NaCl水溶液(18℃)10%NaOH水溶液(18℃)10%Na2CO3水溶液(18℃)蒸餾水肥皂水菜籽油(50℃)礦物機(jī)器油(50℃)變壓器油(50℃)
在下列溫度范圍內(nèi)的冷卻速度(℃/秒)650~550℃6005001003011001201*0025030201*50120300~200℃270270270201*00300270201*01*52025表3-4幾種常用回火種類的應(yīng)用
回火種類溫度、組織、應(yīng)用回火溫度回火組織150-250℃M回在保留高硬度高耐回火目的磨性的同時(shí),降低內(nèi)應(yīng)力350-500℃T回提高e及s,同時(shí)使工件具有一定韌性。500-650℃S回獲得良好的綜合力學(xué)性能,即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí),具有良好的塑性和韌性。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面應(yīng)用淬火件。適用于彈簧和熱鍛模熱處理廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。
低溫回火中溫回火高溫回火三、實(shí)驗(yàn)用設(shè)備、儀器和材料
北京理工大學(xué)珠海學(xué)院-工程材料及熱處理實(shí)驗(yàn)
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器
SX2系列箱式電爐、HR-150A型洛氏硬度計(jì)、HB3000型布氏硬度計(jì)、20倍讀數(shù)顯微放大鏡、淬火水槽。2、實(shí)驗(yàn)工具及材料
45#試樣若干、細(xì)鐵絲網(wǎng)、細(xì)鐵絲、冷卻劑水(20~30C)、夾鉗、砂紙。
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、45號(hào)鋼的正火、淬火與回火
(1)每4人一組,每組取3塊45號(hào)鋼試樣,一塊用作正火,另外兩塊用作淬火。(2)用細(xì)鐵絲網(wǎng)及鐵絲將需淬火的試樣綁扎好,另外用作正火的試樣不需綁扎。(3)將所有試樣放入箱式電爐中加熱至860℃,保溫約20分鐘。(4)2人一組,分別進(jìn)行水冷(2塊)、空冷(1塊)操作。
(5)將水冷試樣取出1塊放入400℃的爐中回火,保溫時(shí)間為30分鐘。2、45號(hào)鋼熱處理后的硬度測(cè)試
(1)45號(hào)鋼正火(空冷)后的硬度測(cè)試
將正火后的試樣用砂紙磨去氧化皮,然后測(cè)量布氏硬度(測(cè)1點(diǎn))。注意根據(jù)試樣厚度和狀態(tài),依據(jù)實(shí)驗(yàn)一中的表11選擇合適的布什硬度測(cè)試規(guī)范。將測(cè)試數(shù)據(jù)填寫在表35中。
(2)45號(hào)鋼淬火、回火后的硬度測(cè)試
將淬火、淬火+回火后的試樣用砂紙磨去氧化皮,然后測(cè)量洛氏硬度(各測(cè)3點(diǎn)),將測(cè)試數(shù)據(jù)填寫在表36中。
表3-545號(hào)鋼正火后硬度測(cè)試結(jié)果熱處理工藝壓頭加熱溫冷卻度(℃)方法類直徑型(mm)860空冷布什硬度實(shí)驗(yàn)規(guī)范F/D2負(fù)荷保荷時(shí)間(Kgf)(s)P壓痕直徑d1d2d(平均)硬度值(HBS)表3-645號(hào)鋼淬火、回火后硬度測(cè)試結(jié)果加熱溫度(℃)860熱處理工藝?yán)鋮s回火溫度(℃)方法水冷水冷400硬度值HRC123平均換算為HBS北京理工大學(xué)珠海學(xué)院-工程材料及熱處理實(shí)驗(yàn)
五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
1、本實(shí)驗(yàn)加熱所用電爐,由于爐內(nèi)電阻絲距離爐膛較近,容易漏電,所以電爐一定要接地,在放取試樣時(shí)必須先關(guān)斷電源。
2、往爐中放、取試樣必須使用夾鉗,夾鉗必須擦干,不得沾有油和水。開關(guān)爐門要迅速,爐門打開時(shí)間不宜過長(zhǎng)。
3、試樣由爐中取出淬火時(shí),動(dòng)作要迅速,以免溫度下降,影響淬火質(zhì)量。4、試樣在淬火液中應(yīng)不斷攪動(dòng),否則試樣表面會(huì)由于冷卻不均而出現(xiàn)軟點(diǎn)。5、淬火時(shí)水溫應(yīng)保持20~30C左右,水溫過高要及時(shí)換水。
6、淬火或回火后的試樣均要用砂紙打磨表面,去掉氧化皮后再測(cè)定硬度值。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>
2、簡(jiǎn)述本實(shí)驗(yàn)操作過程。
3、將45號(hào)鋼處理后的各試樣的硬度測(cè)量結(jié)果填入上述表中。4、分析45鋼正火、淬火、淬火+400℃回火的組織與性能的差別。
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