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1、实验项目GCr15、2Cr13 钢热处理综合实验实验日期2014 年 5 月29 日实验地点热处理实验室，金相组织观察实验室、材料指导教师王春艳性能实验室一、实验目的1. 了解热处理设备及温度控制方式。2. 掌握热处理操作过程。3. 进一步掌握合金钢热处理工艺后的组织形态和性能。二、实验仪器设备设备仪器：箱式电炉、金相显微镜、抛光机、冷却介质、洛氏硬度计、 4%的 HNO3 酒精溶液、含 FeCl3。试样材料： GCr15钢， 2Cr13 钢三、实验原理1. 热处理通过加热、保温和冷却的方法使金属和合金内部组织结构发生变化，以获得工件使用性能所要求的组织结构，这种技术称为热处理工艺。热处理工艺
2、可分为普通热处理，化学热处理，表面热处理，复合热处理四种。其中普通热处理包括退火、正火、淬火、回火以及固溶处理、时效处理等。2. 淬火把钢加热到临界温度 Ac1 或 Ac3 以上，保温一段时间，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。淬火的目的是提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。实现淬火的必要条件是加热温度必须高于临界点以上，以获得奥氏体组织，其后的冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火到马氏体或下贝氏体组织。3. 回火将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适
3、当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却；或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却的金属热处理工艺称为回火。回火的目的是减低或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。工件在 150350进行的回火称低温回火，目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性； 在 350500之间进行的回火称中温回火，目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性；工件在 500以上进行的回火称高温回火，目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。四、实验内容或步骤GCr151. 焊前准备：式样 1 测量并记录硬度；式样 2 进行金相组织观察
4、。2. 淬火：将两式样放入 840加热炉内保温 30min 后，取出油冷约 5min。3. 用砂纸磨去式样 1 氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。4. 回火：式样 2 放入 180加热炉内进行低温回火，保温2h 后取出空冷。5. 用砂纸磨去式样 2 氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。6. 金相观察：细磨后 GCr15用 4%的 HNO3酒精溶液腐蚀约 10s 后，用清水冲洗干净，吹干后进行金相组织观察。2Cr131. 焊前准备：式样 3 测量并记录硬度；式样 4 进行金相组织观察。2. 淬火：将两式样放入 940加热炉内保温 30min 后，取出油冷约 5min。3. 用砂
5、纸磨去式样 3 氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。4. 回火：式样 4 放入 650加热炉内进行高温回火，保温90min 后取出空冷。5. 用砂纸磨去式样 4 氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。6. 金相观察：细磨后 2Cr13 用含 FeCl3 腐蚀约 10s3min 后，用清水冲洗干净， 吹干后进行金相组织观察。五、实验数据1.硬度 HRC表 1 GCr15 钢热处理前后硬度状态123平均硬度原件59.059.159.359.1淬火后80.180.880.780.5回火后79.879.478.979.4表 22Cr13 钢热处理前后硬度状态123平均硬度原件50.350
6、.650.350.4淬火后73.474.374.374回火后63.463.263.363.3六、金相照片及组织分析1.金相照片状态GCr152Cr13材料原件100 m100 m淬火后100m100 m回火后100 m100m2. 组织分析(1)GCr15 钢合金含量较少、具有良好性能，经过淬火加低温回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。(2)GCr15 等温淬火组织为下贝氏体+碳化物 +少量马氏体 +极少量残余奥氏体，淬火变形很小，强度高，韧性好。GCr15 低温回火，马氏体分解，残余奥氏体转变，碳化物转变工艺特点为强调硬度取下限，强调韧性取上限。(3)2Cr13
7、 属于不锈铁，硬度好，经过淬火处理后可以得到更好的机械性能，具有较好的可加工性，组织形态为马氏体型。2Cr13 处理应为淬火 +高温回火，组织应为回火索氏体+未溶块状铁素体，会很大程度上影响该材料使用时耐腐蚀性。七、实验结果分析1. 常用的淬火冷却方式有哪些？说明各自的特点及应用范围。（ 1) 单液淬火法工件在一种介质中冷却。优点是操作简单，易于实现机械化，应用广泛；缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。（ 2) 双淬火介质淬火工件先在较强冷却能力介质中冷却到 MS 点左右，再在一种冷却能力较弱的介质中
8、冷却。优点是先水淬后油淬，可有效减少马氏体转变的内应力，减小工件变形开裂的倾向；缺点是难以掌握双液转换的时刻。可用于碳钢制的大型工件。(3) 分级淬火工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓冷至室温，发生马氏体转变。该方法使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。分级淬火只适用于尺寸小的工件。(4) 等温淬火工件淬火加热后，长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织。等温淬火目的是为了获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低碳钢一般不采用等
9、温淬火，主要用于中碳以上的钢。(5) 喷射淬火法向工件喷射水流的淬火方法，水流可大可小，视所要求的淬火深度而定。该方法不会在工件表面形成蒸汽膜，这样就能保证得到比普通水中淬火更深的淬硬层。喷射淬火法主要用于局部淬火。2. 不同的合金元素对钢热处理工艺、组织及性能有何影响？（1）合金元素对奥氏体化的影响1）合金元素形成碳化物的倾向愈强，在奥氏体化加热时碳化物较难溶解，即需要较高的温度和较长的时间。2）合金元素在奥氏体中的均匀化，也需要较长时间。3）钛、铌、钒、铝等元素强烈阻止晶粒粗化，其中以钛的作用最强；钨、钼、铬等中强碳化物形成元素，也显著地阻碍奥氏体晶粒粗化过程；一般认为硅和镍也能阻碍奥氏体晶粒的粗化，但作用不明显；锰和磷是促使奥氏体晶粒粗化的元素。（2）合金元素对奥氏体分解转变的影响1）多数合金元素使奥氏体分解转变的速度减慢，即C曲线向右移，也就是提高了钢的淬透性。 2）合金元素对马氏体转变的影响：增加冷却时间，降低冷却速度。3）多数合金元素均使马氏体开始转变温度降低，其中锰、铬、镍的作用最为强烈，只有铝、钴是提高 Ms点。（3）合金元素对回火转变的影响1）提高钢的回火稳定性2）产生二次硬化 3）增大回火脆性八、教师评语成 绩实验过程得分指导教师签字：实验前预习ABCD实验过程ABCD实验报告ABCD年月日