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1、实验三、四 钢的热处理一、实验目的1了解钢的普通热处理（退火、正火、淬火、回火）的工艺方法和操作规程。掌握各种成 分的碳钢加热规范的选定原则。2研究热处理的冷却速度对钢的组织和性能的影响。了解回火温度对淬火钢的组织和性能 的影响。3了解各种热处理设备的结构和使用方法。二、实验概述钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、 保温与冷却， 以改变其组织和性能的一种工 艺。普通热处理有退火、正火、淬火及回火等。（一）碳钢热处理工艺1 加热温度2 碳钢普通热处理的加热温度，原则上可按表 3-1 选定。但生产中，应根据工件实际尾部 作适当调整。表 3-1 碳钢普通热处理的加热温度方法加 热 温 度 （
2、）应用范围退火Ac3+（30 50）亚共析钢完全退火Ac1+（10 20）过共析钢球化退火正火Ac3+（50 70）亚共析钢Accm+（50 70>过共析钢淬火Ac3+（30 70）亚共析钢Acl+（30 70）过共析钢回火低温150250切削刃具、量具，冷冲模具、高硬度零件等中温350500弹簧，中等硬度零件等高温500 650齿轮，轴，连杆等要求综合力学性能的零件常用碳钢的相变温度如表 3-2 所示。热处理加热温度不能过高， 否则会使工件的晶粒粗大、 氧化、脱碳严重， 变形、 开裂倾向增加。但加热温度过低，也达不到要求。2加热时间 热处理的加热时间 （包括升温与保温时间 ）与钢的成分
3、、原始组织、工件的尺寸与形状、使用 表 3-2 常用碳钢的相变温度及本次试验工艺参数钢号相变温度本次试验工艺参数Ac1Ac3ACcm正火温度淬火温度回火温度备注20735855900± 10870± 10为节省时间，试验45724780850± 10830± 10200、 400、 600中，加热温度：60727766850， 45钢淬、正，T 8730770± 10790± 10T12 钢正火； 780，T10730800T 8钢正、淬， T12 钢 淬； 900，20钢正、 淬。T12730820860± 10770&#
4、177; 10的加热设备与装炉方式及热处理方法等许多因素有关。 因此，要确切计算加热时间是比较复杂的。在实验室中，通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间：式中 t 加热时间 （min） ；加热系数 （min mm）； D 工件有效厚度 （mm） 。当碳钢工件的有效厚度 D50mm，在 800 960箱式电阻加热炉中加热时， =1 1.2（min mm）。回火的保温时间， 要保证工件穿透加热， 并使组织充分譬变。 组织转变时间一般不大于 0.5 h， 但穿透加热时问则随回火温度、 工件有效厚度、 一装炉量及加热方式而异。 生产中，一般为 l 3 h。由于实验所用试样较小，故可用0.5h。
5、3冷却方法钢退火一般采用随炉冷却到 600以下再出炉空冷。正火采用空气中冷却。淬火时，钢在过 冷奥氏体最不稳定的范围内 650500 的冷却速度应大于马氏体临界冷却速度，以保证工件不转变为珠光体型组织；而在 Ms 附近的冷却速度应尽可能低，以降低淬火内应力，减少工件变 形与开裂。因此，淬火时除了要选用合适的淬火冷却介质外，还应改进淬火方法。对形状简单的 工件，常采用简易的单液淬火法，碳钢用水或盐水溶液作冷却介质，合金钢常用油作冷却介质。 回火一般在空气中冷却。（二）碳钢热处理后的组织与性能（略）1 珠光体型组织2 贝氏体型组织3 马氏体组织4 回火组织（三）碳钢碳的质量分数对淬火后硬度的影响
6、在正常淬火条件下，钢的碳的质量分数越高，淬火后的硬度也越高。但碳的质量分数WC>0.8%的钢，淬火后硬度增加不明显。一般低碳钢淬火后，硬度在 40HRC 左右；中碳钢淬火后，硬度可达5060HRC ；高碳钢淬火后，硬度高达 62 65HRC 。三、实验设备用品及试样（一）实验设备（1）实验用箱式电阻加热炉（附测温控温装置）（2）布氏硬度计、洛氏硬度计。（3）金相显微镜。（二）实验用品（1）淬火水槽。（2）淬火油槽。（ 3）盐水淬火：盐、槽。（4）夹钳、砂纸、手套等。（ 5）制作金相试样用工具、材料三）实验试样试样材料数量（每组 ）用途退火状态的 T12 钢3块分析钢加热奥氏体化后的冷却速
7、度（空、水、油）对其组织、性能影响淬火状态的 45钢3块分析（高、中、低）回火温度对钢组织、性能的影响退火状态的 20钢、 45钢、 T12钢各1块分析含碳量对钢淬火硬度的影响退火状态的 20钢3块分析低碳钢加热奥氏体化后的淬透性（盐、水、油）热处理状态的金相试样 （详见实验报告内容 4）l套 （7种）碳钢中各种不平衡组织的特征为了有利于对碳钢的成分、 热处理工艺与其组织， 性能问关系的分析， 本实验所用的试样材 料可采用前实验中已冲断的三种碳钢冲击试样。 此次该项试验内容仅作教学研究探讨， 不要求学生进行分析。四、实验方法与步骤1试样准备 热处理的试样一般制成 20×15mm 左右
8、，可直接选用 20mm 的圆钢切割而 成，然后将每个试样以不同材料或不同的热处理进行分别编号，并打上钢印。2试样装炉 按要求试样在装炉之前要先测试硬度，同时预先将电炉温度升到规定的温度。3试样出炉和冷却 这是直接影响实验效果的关键，必须周密安排充分准备。4测量硬度5回火处理 按热处理内容规定，将淬火后的试样，分别装入指定温度的电炉内进行加热， 由于回火的加热温度较低，加热保温的时间要相应长一些，然后取出空冷到室温。6观察钢热处理状态的金相试样的显微组织，识别其组织组分及形态特征，并给出实验报告 中指定的几种组织示意图。五、实验注意事项1往炉中放、取试样时，应先切断电炉的电源。开、关炉门要快，以
9、免炉门打开时过长而使 炉温下降。2往炉中放、取试样时，操作者应戴上手套，并使用夹钳，以防烧伤。夹钳必须擦干，不得 沾有水或油。3淬火冷却时，试样要用夹钳夹紧，动作要迅速，并要在冷却介质中不断搅动。夹钳还要夹 在测定硬度的表面上，以免影响硬度值。4淬火水槽温度应保持 20 30左右；水温过高应及时更换冷却水。5测定硬度前，必须用砂纸将试样表面的氧化皮除去并磨光。每个试样应不同部位测定三次 硬度，计算后两次的平均值，并作好记录。六、实验报告1钢加热奥氏体化后的冷却速度对其组织与性能的影响试样材料热处理工艺参数硬度值 HRC显微组织钢号尺寸/mm加热温度/保温时间/min冷却方法第1次第 2 次第3
10、次平均值T12空冷油冷水冷1）根据实验记录，填写上表。2）根据实验数据，说明钢加热奥氏体化后，冷却速度对钢组织与性能的影响。2回火温度对淬火钢组织、性能的影响及回火组织的稳定性试样材料回 火 工 艺 参 数硬度值 HRC显微组织钢 号回火前 硬度 HRC加热温度/保 温 时 间 /min冷却介质第1次第2次第3次平均值45200400600对比试样材料回 火 工 艺 参 数硬度值 HRC显微组织钢 号回火前热处理及硬度 HRC加热温度/保 温 时 间 /min冷却介质第1次第2次第3次平均值45调质：200低温回火：6003绘出回火温度和硬度的关系曲线图，并联系组织，分析其性能变化的原因4碳钢的碳的质量分数对淬火后硬度的影响试样材料碳的质量 分数 w c ×100热处理工艺参数硬度值 HRC钢号尺寸/mm加热温度/保温时间/min冷却介质第1次第2次第3次平均值20盐水45T8T125根据实验数据，给出钢中碳的质量分数与淬火后硬度间的关系曲线，并分析其原因。6若本实验数据与一般资料上的数据差别较大时，试分析出现误差的原因。