實驗報告：40鋼試樣退火、正火、淬火、熱處理

西安交通大學實驗報告

課程_機械工程材料_實驗名稱____________________

系別______________________實驗日期年月日

專業(yè)班號____________組別_________交報告日期年月日

姓名_______學號______________報告退發(fā)（訂正、重做）同組者____________________________________教師審批簽字

實驗名稱

一、實驗目的

（1）了解碳鋼熱處理操作。

（2）學會使用洛氏溫度計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、實驗內(nèi)容

（1）40鋼試樣退火、正火、淬火、熱處理。（2）用洛氏硬度計測定試樣熱處理實驗前后的硬度。（3）觀察樣品，獲取其纖維組織圖像

對照金相圖譜，分析討論本次實驗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、實驗概述

（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，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光學顯微鏡基礎上，添加光學適配鏡，通過圖像采集和信息化處理，提供計算機數(shù)碼圖像的系統(tǒng)，可獲得真實、精細的影像，以及高品質(zhì)的金相顯微組織照片

四、實驗材料及設備

（1）砂紙、玻璃板、拋光機等金相制樣設備。（2）40鋼（3）馬福電爐（4）洛氏硬度計（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、實驗流程

（1）取已編好號碼的試樣一塊，綁好鐵絲環(huán)。

（2）由實驗老師講解洛氏硬度計的使用，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，以保證熱電偶測出的溫度盡量接近試樣溫度。

（4）當試樣加熱到要求溫度時，開始計算保溫時間，保溫到所需時

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

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、實驗心得

通過實驗，了解了碳鋼的熱處理工藝操作，學會了使用洛氏硬度計測量硬度和利用數(shù)碼顯微鏡獲取組織圖像，實驗過程要耐心細心，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，因為淬火后得到了馬氏體，強度增加。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

擴展閱讀：碳鋼的熱處理實驗指導書

北京理工大學珠海學院-工程材料及熱處理實驗

工程材料及熱處理

實驗指導書

北京理工大學珠海學院機械與車輛學院

201*.10

實驗三碳鋼的熱處理實驗

一、實驗目的

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、實驗原理

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，保溫一段時間，然后緩慢地隨爐冷卻。此時奧氏體在高溫區(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。

淬火必須考慮三個重要因素：淬火加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。（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）保溫時間的確定

淬火加熱時間實際上是將試樣加熱到淬火溫度所需的時間及在淬火溫度停留所需時間的總和。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所用的加熱介質(zhì)、加熱方法等因素有關，一般按照經(jīng)驗公式加以估算，碳鋼在電爐中加熱時間的計算可參見表3-2。

北京理工大學珠海學院-工程材料及熱處理實驗

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間的確定

工件形狀加熱溫度℃圓柱形方形保溫時間分鐘/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

冷卻是淬火的關鍵工序，直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時應使冷卻速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；在這個前提下又應盡量緩慢冷卻，以減小內(nèi)應力，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)進行快冷(即與C曲線的“鼻尖”相切)，而在較低溫度(300100C)時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)應力，如果直接進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北京理工大學珠海學院-工程材料及熱處理實驗

回火目的、回火后的組織及應用見表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用

回火種類溫度、組織、應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，降低內(nèi)應力350-500℃T回提高e及s，同時使工件具有一定韌性。500-650℃S回獲得良好的綜合力學性能，即在保持較高的強度同時，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、量具等預備熱處理。

低溫回火中溫回火高溫回火三、實驗用設備、儀器和材料

北京理工大學珠海學院-工程材料及熱處理實驗

1、實驗設備、儀器

SX2系列箱式電爐、HR-150A型洛氏硬度計、HB3000型布氏硬度計、20倍讀數(shù)顯微放大鏡、淬火水槽。2、實驗工具及材料

45#試樣若干、細鐵絲網(wǎng)、細鐵絲、冷卻劑水（20~30C）、夾鉗、砂紙。

四、實驗內(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)。注意根據(jù)試樣厚度和狀態(tài)，依據(jù)實驗一中的表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)，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空冷布什硬度實驗規(guī)范F/D2負荷保荷時間(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熱處理工藝冷卻回火溫度（℃）方法水冷水冷400硬度值HRC123平均換算為HBS北京理工大學珠海學院-工程材料及熱處理實驗

五、實驗注意事項

1、本實驗加熱所用電爐，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，在放取試樣時必須先關斷電源。

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。開關爐門要迅速，爐門打開時間不宜過長。

3、試樣由爐中取出淬火時，動作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質(zhì)量。4、試樣在淬火液中應不斷攪動，否則試樣表面會由于冷卻不均而出現(xiàn)軟點。5、淬火時水溫應保持20~30C左右，水溫過高要及時換水。

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、實驗報告要求

1、實驗目的。

2、簡述本實驗操作過程。

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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