《机械工程材料》热处理实验报告 - 图文

《机械工程材料》热处理实验报告

实验名称 : 45钢（T10钢）的硬度测量和热处理

班 级 :

实验人员 ： 组 长 : 学 号： 组 员 ：

实验日期 : 2011年12月12日 星期一

指导教师 :

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T10钢淬火前后硬度测量实验报告

一、实验目的：

1、 了解碳钢的基本热处理（退火、淬火及回火）工艺方法。

2、 研究冷却条件与钢性能的关系。

3、 分析淬火后的回火工艺其温度的选择对钢性能的影响。

二、实验设备及材料

1.HR—150A型洛氏硬度试验机。

2.试样:Φ20×10mm 45钢和。

3.实验用的箱式电阻加热炉(附测温控温装置)。

4.冷却剂：水 (使用温度约20℃)。

三、实验的相关原理和要求：

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。

（一） 钢的退火

钢的退火通常是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3线以上，保温一段时间，然后缓慢地随炉冷却。此时，奥氏体在高温区发生分解，从而得到比较接近平衡状态的组织。一般中碳钢(如40、45钢)经退火后消除了残余应力，组织稳定，硬度较低(HB180～220)有利于下一步进行切削加工。实验的材料为45#钢，退火工艺中其加热温度选择为Ac3以上温度，此实验选择的温度为800oC。

退火冷却方式：钢退火时，一般采用随炉冷却到600～550℃以下再出炉空冷。

（二）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30~50oC，保温后放入各种不同的冷却介质中快速冷却(V冷＞V临)，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。

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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+30~50oC，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1.0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。

(三) 钢的回火

钢经经淬火后得到的马氏体组织质硬而脆,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150~250oC；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350~500oC；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500~650oC；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。 不同的回火温度对碳钢硬度的影响:

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。

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(四) 不同的回火温度对碳钢硬度的影响

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。

(五) 碳钢含碳量对淬火后硬度的影响

在正常淬火条件下，钢的含碳量越高，淬火后的硬度也越高。但含碳量大于0.8%的钢，一般低碳钢淬后，硬度在HRC40左右；中碳钢淬火后，硬度可达HRC50～62；高碳钢淬火后，硬度高达HRC62～65。

附注： 洛氏硬度试验机的结构和操作

本实验使用华银HR-150A型洛氏硬度计。

HR—150A型（原H—100型）洛氏硬度试验机的结构(图2)。

图2 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

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四、实验指导和方法：

1、本区实验加热所用都为电炉，往炉中放、取试样必须使用夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长。

2、试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。 3、试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点。 4、淬火时水温应保持20~30oC左右，水温过高要及时换水。 淬火：

材料 项目 加热温度 保温时间冷却方式 （min） 800 15 45号钢 淬火 冷水

回火：

项目 中温回火 高温回火 回火温度 400 600 保温时间 30 冷却方式 空气自然冷却

五、数据记录

第一组：（400oC回火） 洛氏硬度/HRC 第一次 第二次 淬火前 淬火后 回火后 4.5 62.6 37.5 4.8 65.3 37.9 第三次 4.6 67.6 36.4 第四次 4.9 61.5 32.8 第五次 4.9 66.0 35.6 平均值 4.8 64.6 36.0 第二组：(600 oC回火） 洛氏硬度/HRC 第一次 第二次 淬火前 淬火后 回火后

4.5 61.5 14.5 4.7 65.5 14.7 第三次 4.3 67.8 18.2 第四次 4.4 63.1 13.6 第五次 4.9 68.4 16.3 平均值 4.6 65.3 15.5 5 / 6

六、实验总结

由实验数据可知道，45号钢在热处理前得洛氏硬度值约等于5.0HRC,进行淬火（800度保温15分钟）后的洛氏硬度处60HRC---70HRC之间中温回火（400度保温30分钟）后的洛氏硬度处于30HRC---40HRC左右之间。高温回火（回火温度600oC保温30分钟）回火后的洛氏硬度又有所下降，处于10HRC---20HRC之间。

45号钢在淬火后得到的“马氏体”，硬度明显增大，实验现象与理论相符合。淬火钢经过中温（400度保温30分钟）后得到的是“回火屈氏体”，较回火前硬度值有所下降。高温回火（温度600oC保温30分钟）后得的组织为“回火索氏体”，较之前的洛氏硬度又有所下降。

淬火钢中温回火后洛氏硬度比低温回火后的洛氏硬度值低，说明淬火钢的回火随着回火温度的升高，硬度、强度降低，但塑性、韧性有所提高。

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