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 退 火 正 火 淬 火 低温 回中温 火 高温 加 热 温 度 (℃) Ac3+(30～50) Ac1+(10～20) Ac3+(50～70) Accm+(50～70> Ac3+(30～70) Acl+(30～70) 150～250 350～500 500～650 应 用 范 围 亚共析钢完全退火 过共析钢球化退火 亚共析钢 过共析钢 亚共析钢 过共析钢 切削刃具、量具，冷冲模具、高硬度零件等 弹簧，中等硬度零件等 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、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 20 45 60 T 8 T10 相 变 温 度 Ac1 735 724 727 730 730 Ac3 855 780 766 － － ACcm － － － － 800 本次试验工艺参数 正火温度 淬火温度 回火温度 900±10 850±10 770±10 870±10 830±10 790±10 备 注 为节省时间，试验 200、400、600 中，加热温度：①850℃，45钢淬、正， T12钢正火；②780℃， T 8钢正、淬，T12钢 淬；③900℃，20钢正、T12 730 820 － 860±10 770±10 淬。 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)； α——加热系数(min／mm)； D——工件有效厚度(mm)。

当碳钢工件的有效厚度D≤50mm，在800～960℃箱式电阻加热炉中加热时，α=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。

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〔650～500℃〕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

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50～60HRC；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 ① 退火状态的T12钢 淬火状态的45钢 退火状态的20钢、45钢、T12钢 退火状态的20钢② 数量(每组) 3块 3块 各1块 3块 用 途 分析钢加热奥氏体化后的冷却速度（空、水、油）对其组织、性能影响 分析（高、中、低）回火温度对钢组织、性能的影响 分析含碳量对钢淬火硬度的影响 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 ①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。②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Φ20×15mm左右，可直接选用Φ20mm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 钢 尺寸/mm 号 T12 热处理工艺参数 加热温保温时冷却方度/℃ 间/min 法 空冷 油冷 水冷 （1）根据实验记录，填写上表。 硬度值HRC 第1次 第2次 第3次 平均值 显微组织 （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 钢 回火前 加热温保温时冷却 第1第2第3平均号 硬度HRC 度/℃ 间/min 介质 次 次 次 值 200 45 400 600 对比试样材料 回 火 工 艺 参 数 硬度值 HRC 钢 回火前热处理加热温保温时冷却 第1第2第3平均号 及硬度HRC 度/℃ 间/min 介质 次 次 次 值 200 调质： 45 600 低温回火： 3．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 硬度值HRC 碳的质量热处理工艺参数 钢 尺寸分数wc加热温度保温时间冷却 平均第1次 第2次 第3次 /mm ×100 /min 号 /℃ 介质 值 20 45 盐水 T8 T12 5．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。

显微组织 显微组织