碳钢热处理实验报告(共27页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上碳钢热处理实验报告 篇一：金属材料及热处理实验报告 金属材料及热处理实验报告 学 院： 高等工程师学院专业班级： 冶金E111姓 名： 学 号： 杨泽荣 2014年6月7日45号钢300回火后的组织观察及洛氏硬度测定 目录 一、 实验目的 . 1 二、 实验原理 . 1 1.加热温度的选择 . 1 2.保温时间的确定 . 2 3.冷却方法 . 3 三、 实验材料与设备 . 4 1.实验材料 . 4 2.实验设备 . 4 四、 实验步骤 . 4 1.试样的热处理 . 4 淬火 . 4 回火 . 5 2.试样硬度测定 . 5 3.显微组织观察与拍照记录 . 5 样品的制备

2、 . 5 显微组织的观察与记录 . 6 五、 实验结果与分析 . 6 1.样品硬度与显微组织分析. 6 2.淬火温度、淬火介质对钢组织和性能的影响 . 6 淬火温度的影响 . 6 淬火介质的影响 . 7 3回火温度对钢组织与性能的影响 . 7 回火温度对45钢组织的影响 . 7 回火温度对 45 钢硬度和强度的影响 . 7 4合金元素对钢的淬透性、回火稳定性的影响 . 8 合金元素对钢的淬透性的影响 . 8 合金元素对钢的回火稳定性的影响 . 9 5碳含量对钢的淬硬性的影响 . 9 六、 结论 . 9 参考文献 . 9 一、 实验目的 1. 掌握碳钢的常用热处理（淬火及回火）工艺及其应用。 2

3、. 研究加热条件、保温时间、冷却条件与钢性能的关系。 3. 分析淬火及回火温度对钢性能的影响。 4. 观察钢经热处理后的组织，熟悉碳钢经不同热处理后的显微组织及形态特征。 5. 了解金相照相的摄影方法，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。 二、 实验原理 钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。一般热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。 进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。正确选择这三者的规范，是热处理成功的基本保证。 1. 加热温度的选择 1) 退火加热温度 一般亚共

4、析钢加热至Ac3+（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至Ac1 +（球化退火），目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善高碳钢的切削性能。 2) 正火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3 +；过共析钢加热至Accm +，即加热到奥氏体单相区。退火和正火的加热温度范围选择见图。 3) 淬火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3+；共析钢和过共析钢加热至Ac1+，见图。 钢的成分，原始组织及加热速度等皆影响到临界点的位置。在各种热处理手册或材料手册中，都可以查到各种钢的热处理温度。热处理时不能任意提高加热温度，因为加热温度过高时，晶粒容易长大，氧化、脱碳和变形等都会变得比较严重。各种常用钢的工艺规范见表。 4

5、) 回火温度的选择 钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能（常常是根据硬度的要求）。按加热温度高低回火可分为三类： 图 淬火的加热温度范围图 退火和正火的加热温度范围 表 常用钢的工艺规范a 低温回火 在150250的回火称为低温回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC60。其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。低温回火常用于高碳钢的切削刀具、量具和滚动轴承件。 b 中温回火 在350500的回火称为中温回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC4048。其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。主要用于含碳%的弹簧钢热处理。 c 高温回火 在500650的回火

6、称高温回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC2535。其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好冲击韧性的综合机械性能。所以把淬火后经高温回火的处理称为调质处理，用于中碳结构钢。 2. 保温时间的确定 为了使工件内外各部分温度约达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，必须在淬火加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和保温所需时间算在一起，统称为加热时间。 热处理加热时间必须考虑许多因素，例如工件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时炉子温度、钢的成分和原始组织，热处理的要求和目的等等。 1) 退火、正火保温时间 实际工作中多根据经验大致估算加热时间。一般规定，在

7、空气介质中，升到规定温度后的保温时间，对碳钢来说，按工件厚度或直径每毫米需一分钟到一分半钟估算；合金钢按每毫米二分钟估算。在盐浴炉中，保温时间则可缩短12倍。 2) 淬火加热保温时间按下列经验公式估算： t?K?H 式中t保温时间min)； 加热系数 （见表）； K工件装炉方式修正系数（一般 K = 1）； H工件有效厚度（尺寸最小部位）。表 加热系数 可参考经验公式加以确定： 3) 回火时间回火时间一般从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算。回火时间一般为13h， t?D?b 式中t回火保温时间； D工件有效厚度； b附加时间，一般为1020min； 加热系数（箱式电炉取2/mm）。 3.

8、冷却方法 热处理时的冷却方式要适当，才能获得所要求的组织和性能。 退火一般采用随炉冷却。 正火（常化）采用空气冷却，大件可采用吹风冷却。 淬火冷却方法非常重要，一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证全部得到马氏体组织；另一方面冷却应尽量缓慢，以减少内应力，避免变形和开裂。为了解决上述矛盾，可以采用不同的冷却介质和方法，使淬火工件在奥氏体最不稳定的温度范围内（650550）快冷，超过临界冷却速度，而在Ms（300100）点以下温度时冷却较慢，理想的冷却速度如图所示。 常用淬火方法有单液淬火、双液淬火（先水冷后油冷）、分级淬火、等温淬火，如图所示。表中列出了几种常用淬火介质的冷却能力。 图 淬火

9、时的理想冷却曲线示意图 图 各种淬火冷却曲线示意图篇二：碳钢热处理及硬度检测实验指导书 碳钢热处理及硬度检测 实 验 指 导 书 机械工程学院 目 录 一、实验目的 . 二、实验设备和仪器 . 三、实验内容及要求 . 四、实验原理及步骤 . 五、实验结果分析及实验报告要求 . 六、考核方式 . 一、实验目的 了解钢的热处理操作及硬度实验原理，正确设计、制定钢的淬火工艺，利用热处理炉和硬度计进行碳钢的热处理，并用硬度计检测硬度，分析硬度与热处理工艺的关联性，从而增强对热处理原理与工艺的感性认识，加深对热处理的了解。 通过实验，使学生加深对课堂教学内容的理解，掌握热处理的基本原理和工艺基本知识，熟

10、练使用热处理相关仪器设备。同时可逐步提高从事本专业科学研究实验以及分析和解决实际工程问题的动手能力；提高学生将理论与实践相结合的能力。 二、实验设备和仪器 1、HR-150A型洛氏硬度计。 2、箱式电炉及控温仪表若干台。 3、冷却介质：水、油（室温） 4、试样材料： 45钢若干 三、实验内容及要求 实验内容：对45钢样品分别进行750、800、840淬火，200回火后，进行硬度检测实验，分析其硬度的变化，找出其规律性，最终确定其合适的热处理工艺。分析碳钢热处理工艺对组织性能的影响规律，撰写完整的实验分析报告。 实验要求：要求学生了解碳钢普通热处理的操作方法；了解钢在热处理时加热温度、加热时间、

11、冷却速度及回火温度等主要因素对钢热处理后组织与性能的影响；明确热处理过程中的操作注意事项；制订热处理工艺过程、设计操作步骤、确定工艺参数；了解钢普通热处理下的金相组织变化和性能变化，建立金相组织、性能与热处理工艺关系的感性认识；使学生具备在指定工作条件下制定热处理工艺，以及通过热处理实践操作、硬度检测等实验过程，对相应的工艺进行初步实验、分析的能力。为今后的学习与实践奠定理论与实践的基础。 四、实验原理及步骤 、实验原理 （1）碳钢的热处理工艺种类 热处理是改善金属材料的使用性能和加工性能的一种非常重要的工艺方法。在机械工业中，绝大部分重要的机件都必须经过热处理。热处理是将固态金属或合金在一定

12、介质中加热、保温和冷却， 以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。碳钢的热处理工艺种类有退火、正火、淬火、回火等，其目的和操作各不相同。淬火、回火一般可提高钢的硬度强度，正火、退火一般为预备热处理，可改善材料工艺性能及力学性能。为了使钢件在热处理后获得所需要的性能，大多数热处理工艺（如淬火、正火和普通退火等）都要将钢件加热到高于临界点温度，以获得全部或部分奥氏体组织并使之均匀化，这个过程称为奥氏体化。然后通过不同的冷却速度，使奥氏体转变为不同的组织（包括平衡组织与不平衡组织），从而获得所需的性能。 亚共析钢、过共析钢的奥氏体形成，以及先共析铁素体或二次渗碳体继续向奥氏体转变或溶解的

13、过程，只有加热温度超过A3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）后，才能全部转变或溶入奥氏体。特别地，对过共析钢，在加热到Acm以上全部得到奥氏体时，因为温度较高，且含碳量多，使所得的奥氏体晶粒明显粗大。 （2）碳钢的热处理工艺制定原则 a、淬火温度的选择 亚共析钢淬火：淬火温度为Ac3+30-50。 共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+30-50。如图1所示。 图1碳钢淬火温度范围 b、保温时间的确定 淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算（保温时间计算公式：t=

14、akd。其中a单位材料升温时间，k系数，d材料厚度）。 c、冷却速度的影响 冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内应力，防止变形和开裂。为此，可根据C曲线图（如图2所示，1单液淬火，2双液淬火，3分级淬火，4等温淬火）， 使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（650550）进行快冷（即与C曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300100）时冷却速度则尽可能小些。为了保证淬火效果,应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火等)。不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却速度有所差

15、别。 （3）硬度测试原理 硬度是衡量材料软硬程度的指标。目前工程上，测定硬度最常用的方法是压入法，该方法所表示的硬度是指材料表面抵抗硬物压入的能力。 硬度试验设备简单，操作迅速方便，又可以直接在零件或工具上进行试验而不破坏工件，并且还可以根据硬度值估计材料的近似抗拉强度和耐磨性。此外，硬度与材料的冷成型性、切削加工性、可焊性等工艺性能间也存在着一定的联系，可作为选择加工工艺时的参考。由于以上原因，所以硬度试验在实际生产中作为产品质量检查、制定合理加工工艺的最常用的重要试验方法。在产品设计图样的技术条件中，硬度也是一项主要技术指标。测定硬度的方法很多，生产中应用较多的有洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬

16、度等试验方法。 洛氏硬度 洛氏硬度试验是以一定的压力将一特定形态的压头压入被测材料的表面，如图3所示。根据压痕的深度来测量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低，反之硬度愈高。被测材料的硬度可直接在硬度计刻度盘上读出。 图2各种淬火方法冷却曲线 图3洛氏硬度试验原理图 表1 常用洛氏硬度的试验条件和应用 按压头和载荷不同，洛氏硬度分为HRA、HRB和HRC三种类型，如表1所示。 篇三：2014年最新45#钢的热处理实验报告 金属材料的热处理实验报告 试验项目：45钢淬火及回火前后硬度测量 45号钢的热处理 一、试验目的 1.了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2.了解洛氏硬度试验机的主要结构及其操作方

17、法。 3.初步建立碳钢的含碳量与其硬度间的关系。 4.分析淬火温度的选择对刚性能的影响。 5.研究冷却条件刚性能的关系。 二、实验仪器及材料 150A型洛氏硬度试验机。 2.试样:2010mm 45钢。 3.加热炉。 4.磨砂纸 5冷却液：水（20oC左右）。 HR-150A型洛氏硬度计主要零部件 1.机身 2.加荷手柄 3.升降手把4.手轮5.丝杠保护套（内有丝杠）6.待测试件7主轴 8.小杠杆9.大杠杆10.调整块11.定位标记12.吊环13.螺钉14.砝码变换器15.砝码 16.油针17.油毡18.后盖19.缓冲器20.卸荷手柄21.压头22.上盖23.指示表 24变荷手柄25.工作台

18、三、 实验原理 热处理是一种很重要的金属热加工的工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。其基本工艺方法可分为退火、淬火及回火等，本次试验要求淬火与回火。 （一）钢的淬火 钢的淬火：淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上3050oC，保温后放入各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得具有高硬度、高耐磨性的马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。为了正确地进行钢

19、的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。 1、 淬火温度的选择 正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据Fe-Fe3c相图确定（如图3-1所示）。对45#钢的亚共析钢，其加热温度为 Ac3+3050oC，此实验采用的加热温度为830o。若 加热温度不足（低于780oC的Ac3温度），则淬火 组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低； 但过高的加热温度（如超过Acm）不仅无助于强度、 硬度的增加，反而会由于产生过多的残余奥氏体 而导致硬度和耐磨性的下降。 2、 保温时间的确定 淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所

20、需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所用的加热介质、加热方法等因素有关，一般按经验公式加以估算。（经验公式：加热温度为800oC的圆柱形工件，保温时间为分钟/每毫米）。 3、冷却速度的影响 冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减少内应力，防止变形和开裂。为保证淬火效果，应选用适当的冷却介质（如水、油等）。此实验的淬火冷却介质选用水。 考虑到实验中加热炉的极限温度，将加热温度定在800 oC，保温15分钟后进行水冷。 钢的回火 钢经经淬火后得到的马

21、氏体组织质硬而脆,并且工件内部存在很大的内应力,如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂；一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。因此淬火钢必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同的组织和性能。 低温回火：回火温度150250oC；回火后的组织为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物；性 能特点是硬度高，内应力减少。 中温回火：回火温度350500oC；回火后的组织为回火屈氏体；性能特点是硬度适中， 有高的弹性。 高温回火：回火温度500650oC；回火后的组织为回火索氏体；性能特点是具有良好塑 性、韧性和一定强度相配合的综合性能。 对碳钢来说，回火工艺的选择主要考

22、虑回火温度和保温时间这两个因素。 实验所用试样较小，故回火保温时间可为30分钟，回火温度选择低温回火温度，即：150250oC。低温回火后在空气中冷却。 回火冷却方式：碳钢回火时，一般采用在空气中冷却。 四、 实验内容与步骤： 1、 对45钢进行淬火 （1） 在进行淬火前先测量实验试样的硬度九次，并将后六次测量的数据计入 表格中。 （2）、将试样放入加热炉中，打开加热炉。使其温度上升到800 oC开始计时。 保温15分钟。 （3）、15分钟后，取出试样对其进行水冷。 （4）、待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。 （5）、再次测量试样的硬度一共五次。并计入表格中。 2、 对45钢淬火后进

23、行低温回火 （1）、将回火炉的温度设定在200 oC。 （2）、待温度升到200 oC时，将试样放入加热炉中，并开始计时。保温30分钟 （3）、30分钟后，取出试样放在指定位置进行空冷。 （4）、待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。 （5）、再次测量试样的硬度一共五次。并计入表格中。 五、实验数据记录 1、淬火前的硬度 分析：测量时，由于选择的测量点不同和人为操作因素，每次测量的数据存在误差。试样中心和边沿的硬度明显不同，测量时尽量选择中心处测量。 2、淬火后的硬度分析：与淬火前相比，淬火后的硬度明显增大。说明适当的淬火可以增大材料的硬度。 3、回火后的硬度分析：与淬火前相比，回火后钢

24、的硬度明显大于钢的原始硬度，但比淬火后的硬度小些。说明回火后钢的硬度降低了。 六、分析与讨论 试验中，钢淬火加热后，必须迅速在水中冷却。这是因为谁的冷却速度快，防止奥氏体转变为珠光体而得不到需要的马氏体组织。通过淬火，钢的硬度得到了明显的提高。 淬火钢在回火过程中发生了一系列的组织变化，这必然会引起机械性能发生相应的变化。淬火钢的回火，实质上是一个软化过程，性能变化的总趋势是，随着回火温度的升高，硬度、强度降低，而塑性、韧性提高。 七、实验感想 对于我们机械学生，这是第一次比较专业的实验。因此，实验过程中大家都非常的认真投入。从中切实学习到了知识，提高了自己的动手能力。特别是材料硬度的变化，让我们感受到了材料的魅力，增加了我们对材料的兴趣。专心-专注-专业