碳素鋼熱處理 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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1、碳素鋼熱處理 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? （1） 了解碳素鋼基本熱處理（退火、正火、淬火、及回火）的工藝方法和主要設(shè)備。 （2） 研究碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，加熱溫度、冷卻溫度，回火溫度對(duì)鋼性能的影響。 （3） 熟悉硬度計(jì)的使用。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1） 表3所列工藝進(jìn)行熱處理操作實(shí)驗(yàn)。 （2） 測(cè)定熱處理后試樣的硬度（爐冷、氣冷試樣測(cè)HRB，其余試樣測(cè)HRC）。 三、 實(shí)驗(yàn)原理 碳素鋼熱處理工藝主要有退火、正火、淬火及回火。加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度，是達(dá)到熱處理良好效果的最重要工藝參數(shù)。 1.加熱溫度 （1） 退火 亞共析鋼加熱至Ac3+(20℃～30℃)(完全退火)；共析鋼，過共析

2、鋼加熱至Ac1+(20℃～30℃)（球化退火），得到粒狀滲碳體，硬度降低，以利切削加工。 （2） 正火 亞共析鋼加熱至Ac3+(30℃～50℃)；過共析鋼加熱至Accm+(30℃～50℃),即加熱至奧氏體單相區(qū)。退火和正火的加熱溫度范圍，見圖1. （3） 淬火 亞共析鋼加熱至Ac3+(30℃～50℃)；共析鋼和過共析鋼加熱至Ac1+(30℃～50℃)，淬火的加熱溫度范圍，見圖2. 圖1 退火和正火的加熱溫度范圍 圖2 淬火的加熱溫度范圍 鋼的成分，原始組織及加熱速度等皆影響臨界點(diǎn)Ac1，Ac3，Accm的位置。熱處理前需認(rèn)真查閱有關(guān)的材料手冊(cè)，按規(guī)范操作

3、。否則，得不到預(yù)期的組織。如加熱溫度過高。晶粒容易長(zhǎng)大，材料氧化，脫碳和變形而失去效能。幾種碳素鋼的臨界點(diǎn)，見表1. 表1 幾種碳素鋼的臨界點(diǎn) wc/% 臨 界 點(diǎn) ℃ 淬火溫度℃ Ac1 Ac3 Accm 0.2 727 835△T — 860～880 0.4 800△T — 840～860 0.6 750△T — 790～800 0.8 727△T — 780～800 1.0 — 850△T 760～800 1.2 — 895△T 760～800 注：△T為過熱度，取決于加熱速度，一般為5℃～15℃。 （1） 回

4、火 碳素鋼淬火后需盡快回火，按熱溫度的不同，可分為三種： 1）低溫回火 加熱溫度150℃～250℃，目的是得到回火馬氏體。部分降低淬火應(yīng)力，減少脆性并保持淬火碳素鋼的高硬度。用于切削工具、冷作模具、滾動(dòng)軸承等。 2）中溫回火 加熱溫度350℃～500℃，目的是得到回火托氏體，較多的降低淬火應(yīng)力，有高的韌性和彈性極限。用于彈簧鋼等熱處理。 3）高溫回火 加熱溫度500℃～650℃，目的是得到回火索氏體，消除淬火應(yīng)力。強(qiáng)度、硬度、沖擊韌度較好。淬火加上高溫回火又稱調(diào)質(zhì)，用于重要零件，如主軸，齒輪等。 2.保溫時(shí)間 為了保證工件內(nèi)外均達(dá)到指定的溫度，使碳化物溶解和奧氏體成分均勻化，

5、工件升溫和保溫所需要的加熱時(shí)間要給與保證。 保溫的加熱時(shí)間需考慮諸多因素，可參考有關(guān)手冊(cè)數(shù)據(jù)。據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，按工件有效厚度在空氣介質(zhì)爐中每毫米碳素鋼需1min～1.5min；合金鋼則需2min左右。利用鹽浴爐加熱，時(shí)間可減半。 3.冷卻速度 熱處理時(shí)要充分注意不同的冷卻方法，具體說：退火一般采用隨爐冷卻；正火（又稱?；┎捎贸鰻t置于空氣中冷卻，大件則常常需要加吹風(fēng)。 淬火工藝則較復(fù)雜。一方面要求工件冷卻大于臨界冷卻速度，目的是得到全部馬氏體組織或下貝氏體組織；另一方面又要要求工件減緩冷卻速度，避免淬火應(yīng)力過大，造成開裂或變形。理想的冷卻是過冷奧氏體在最不穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)（650℃～550

6、℃）盡快冷卻，迅速渡過危險(xiǎn)區(qū)域，而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（300℃～20℃）盡量降低冷卻速度。淬火時(shí)的理想冷卻曲線示意圖，見圖3. 圖3 淬火時(shí)的理想冷卻曲線示意圖 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 （1） 全班分成兩組，每組一套試樣（45試樣8塊，T12試樣8塊）爐冷試樣由實(shí)驗(yàn)室預(yù)先準(zhǔn)備好。 （2） 一加熱溫度的45和T12鋼試樣放入860℃和780℃爐子內(nèi)加熱（爐溫預(yù)先由實(shí)驗(yàn)室升好）保溫15～20min后，分別進(jìn)行水冷、油冷、氣冷操作。45鋼750℃水冷試樣待780℃爐中試樣處理完后再進(jìn)行。 （3） 每組將水冷試樣各取出三塊45和T12試樣分別放入200℃、400℃、600℃的爐內(nèi)回火，回火保溫時(shí)

7、間為30分鐘。 （4） 淬火時(shí)，試樣要用鉗子夾住，動(dòng)作要快，并不斷在水中攪拌，以免影響熱處理質(zhì)量，取放試樣要預(yù)先將爐子電源關(guān)掉。 （5） 熱處理后試樣用砂紙磨去兩端面氧化皮，然后測(cè)量硬度（HRC NRB）。 （6） 一個(gè)同學(xué)都將自己測(cè)定的硬度填入表1-3中（每個(gè)試樣打三點(diǎn)），并記下實(shí)驗(yàn)的全部數(shù)據(jù)，以供分析。 五、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器及材料 （1） 線切割機(jī)。 （2） 砂輪機(jī)。 （3） 各種熱處理爐。 （4） 淬火油箱。 （5） 硬度計(jì)。 六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 七、 思考題 表3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)表 鋼號(hào) 熱處理工藝 硬度值HRC或HRB 加熱溫度℃

8、 冷卻方法 回火溫度 1 2 3 平均 45 860 爐冷 氣冷 油冷 水冷 水冷 200 水冷 400 水冷 600 750 水冷 鋼號(hào) 熱處理工藝 硬度值HRC或HRB 加熱溫度℃ 冷卻方法 回火溫度 1 2 3 平均 T12 860 爐冷 氣冷 油冷 水冷 水冷 200 水冷 400 水冷 600 750 水冷 八、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 （1） 寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? （2） 列出全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)，填表1-3. 分析碳含量、淬火溫度、淬火介質(zhì)及回火溫度對(duì)碳鋼性能（硬度）的影響，畫出它們同硬度的關(guān)系的示意曲線，并根據(jù)鐵碳相圖、C曲線（CCT曲線）和回火時(shí)的轉(zhuǎn)變闡明硬度變化的原因。