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____________組別_________交報(bào)告日期年月日

姓名_______學(xué)號______________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)會使用洛氏溫度計(jì)測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，觀看硬度測定示范并測定

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

近爐中測溫電偶端點(diǎn)，以保證熱電偶測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)會了使用洛氏硬度計(jì)測量硬度和利用數(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硬度計(jì)型號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量較多，且片層較細(xì)密，所以性能有所改善。對低碳鋼來說，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)行磨削加工往往會出現(xiàn)龜裂；一些精密的零件在使用過程中將會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號鋼的正火、淬火與回火

（1）每4人一組，每組取3塊45號鋼試樣，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號鋼熱處理后的硬度測試

（1）45號鋼正火（空冷）后的硬度測試

將正火后的試樣用砂紙磨去氧化皮，然后測量布氏硬度(測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試規(guī)范。將測試數(shù)據(jù)填寫在表35中。

（2）45號鋼淬火、回火后的硬度測試

將淬火、淬火+回火后的試樣用砂紙磨去氧化皮，然后測量洛氏硬度(各測3點(diǎn))，將測試數(shù)據(jù)填寫在表36中。

表3-545號鋼正火后硬度測試結(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號鋼淬火、回火后硬度測試結(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。

3、試樣由爐中取出淬火時(shí)，動作要迅速，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，否則試樣表面會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、簡述本實(shí)驗(yàn)操作過程。

3、將45號鋼處理后的各試樣的硬度測量結(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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