金屬材料熱處理課程設(shè)計T10鋼的淬火與回火.doc

1、 金屬材料工程專業(yè)課程設(shè)計t10鋼的淬火與低溫回火工藝設(shè)計學(xué)院： 化學(xué)與材料工程學(xué)院 專業(yè)： 金屬材料 姓名： 浦海洲 學(xué)號： 150509110 概述：1.1熱處理原理與工藝 熱處理是對固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)方式加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的加工方法。金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。 1.2 淬火

2、工藝淬火：指將鋼件加熱到 ac3 或 ac1（鋼的下臨界點溫度）以上某一溫度，保持一定的時間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組織準備等。淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性

3、能。將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水

4、或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時工件便會發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。1.3 回火工藝低溫回火又稱“消除應(yīng)力回火”?；鼗饻囟确秶鸀?50-250攝氏度，回火后的組織為回火馬氏體。鋼具有高硬度和高耐磨性，但內(nèi)應(yīng)力和脆性降低。主要應(yīng)用于高碳鋼和高碳合金鋼制造的工具模和滾動軸承，以及經(jīng)滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為58-64hrc。按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低

5、溫回火 加熱溫度150-200。淬火產(chǎn)生的馬氏體保持不變，但是鋼的脆性降低，淬火應(yīng)力降低。主要用于工具、滾動軸承、滲碳零件和表面淬火零件等要求高硬度的零件。中溫回火 加熱溫度350-500?；鼗鸾M織為針狀鐵素體和細粒狀滲碳體（fec）的混合物，稱為回火屈氏體。中溫回火能獲得較高的彈性極限和韌性，主要用于彈簧和熱作磨具回火。高溫回火 加熱溫度500-600。淬火加高溫回火的連續(xù)工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火組織為多邊形的鐵素體（ferrite）和細粒狀滲碳體（fe3c）的混合組織，稱為回火索氏體。高溫回火為了得到強度、硬度和塑性韌性等性能的均衡狀態(tài)，主要用于重要結(jié)構(gòu)零件的熱處理，如軸、齒輪、曲軸等。

6、 工藝方案設(shè)計：2.1 實驗材料成分及特征t10碳素工具鋼,強度及耐磨性均較t8和t9高,但熱硬性低,淬透性不高且淬火變形大，晶粒細,在淬火加熱時不易過熱,仍能保持細晶粒組織;淬火后鋼中有未溶的過剩碳化物,所以耐磨性高,用于制造具有鋒利刀口和有少許韌性的工具。適于制造切削條件較差、耐磨性要求較高且不受突然和劇烈沖擊振動而需要一定的韌性及具有鋒利刃口的各種工具，也可用作不受較大沖擊的耐磨零件。t10是最常見的一種碳素工具鋼，韌度適中，生產(chǎn)成本低，經(jīng)熱處理后硬度能達到60hrc以上，但是，此鋼淬透性低，且耐熱性差（250），在淬火加熱時不易過熱，仍保持細晶粒。韌性尚可，強度及耐磨性均較t7-t9高

7、些，但熱硬性低，淬透性仍然不高，淬火變形大。 t10鋼板 t10鋼高溫淬火金像2.2 t10鋼的淬火與低溫回火工藝參數(shù)制定 2.2.1 淬火加熱溫度的選擇 淬火時的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù) fe-fe3c相圖確定（如右圖所示）。對于t10鋼（過共析鋼），ac1為730，其加熱溫度為ac13050，即770,780,790。若加熱溫度不足（低于ac1），則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體而造成強度及硬度的降低。2.2.2保溫時間的確定 淬火加熱時間是將試樣加熱到淬火溫度所需的時間及在淬火溫度停留保溫所需時間的總和。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關(guān)，一般

8、可按照經(jīng)驗公式來估算。 溫時間的經(jīng)驗公式為：t=kd(分鐘)，其中：d是工件有效厚度, 單位為mm; k是加熱系數(shù)，一般k=1.52.0分鐘/mm t10淬火處理：770-790，淬火介質(zhì)鹽水、堿水，硬度36-65hc，回火140-160，保溫時間1-2小時，硬度62-64hc 加熱到ac3或ac1以上3050攝氏度. 工藝圖溫度t/790 a1ac1 150回火淬火60min50min時間t/min加熱速度（/min）加熱溫度（）保溫時間（min）冷卻方式淬火579050水冷回火515060空冷工藝試驗：3.1設(shè)備選擇 熱處理設(shè)備的選擇要從設(shè)備經(jīng)濟性、可靠性、配套性、安全性、安全性以及工廠的

9、實際情況等來選擇。 箱式電阻爐、洛氏硬度計、淬火用水槽、砂紙、金相顯微鏡。3.2實驗過程1. 材料截取及表面處理 用鋼鋸鋸下100mm長，直徑50mm的圓鋼2. 材料的熱處理選擇3個50100mm的t10鋼件標記為1、2、3淬火：將3個鋼件放入箱式保溫爐中770、780、790下保溫50min。將3個鋼件取出放入水中冷卻?；鼗穑簩⒋慊鸷蟮匿摲湃胂涫奖貭t中140、150、160下保溫60min。將3個鋼件取出空冷。將冷卻后1、2、3號鋼件用洛氏硬度計測出鋼件硬度值，記下硬度值并求出平均值。將1、2、3號鋼件打磨制作金相，觀察金相組織將熱處理后的硬度和金相組織與預(yù)期要求以及熱處理前進行比較，得出

10、相關(guān)結(jié)論。3.金相顯微組織觀察(1)取樣：用鋼鋸切下一小塊試樣(2)打磨：6008001200(3)拋光：拋光劑為金剛石拋光膏，直至試樣表面無劃痕。(4)腐蝕:試樣拋光面侵入侵蝕劑中，面呈暗灰色，用水沖洗。(5)烘干：用電吹風(fēng)吹干。(6)顯微攝影：用金相顯微鏡對拋光后腐蝕的表面進行拍照。結(jié)果與分析：實驗結(jié)果：淬火前： 實驗次數(shù)數(shù)值一二 三 平均洛氏硬度hr40.742.141.941.6淬火后： 實驗次數(shù)數(shù)值一二 三 平均洛氏硬度hr61.864.263.563.23.3.2金相圖對比球化退火的t10淬火低溫回火的t10結(jié)果與分析t10鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)

11、變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。鋼淬火的目的就是為了使它的組織全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，獲得高硬度，然后在適當(dāng)溫度下回火，使工件具有預(yù)期的性能。淬火時的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時工件便會發(fā)生扭曲變形甚至開裂。對要求具有高的強度、硬度、耐磨性及一定韌性的淬火零件，通常要進行低溫回火，獲得以回火馬氏體為主的組織，使其獲得較高的硬度，同時淬火內(nèi)應(yīng)力得到部分消除，淬火時產(chǎn)生的微裂紋也大部分得到愈合。淬火配合低溫回火從而滿足機械零件和工具的不同使用要求。結(jié)論：通過此次實驗可以得出以下結(jié)論： （1）淬火必要條件：臨界點以上，獲得奧氏體；大于臨界冷速，得到馬氏體或下貝氏體。 （2）若加熱溫度在ac1accm之間, 得到細小的奧氏體晶粒和未溶解碳化物,淬火后得到隱晶馬氏體和顆粒狀碳化物，提高強度、硬度和耐磨性。若加熱溫度高于accm，碳化物溶解，得到粗大的奧氏體晶粒，并且含碳量增加； （3）淬火后經(jīng)過低溫回火，其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。參考文獻：1陸興 熱處理工程基礎(chǔ) 機械工業(yè)出版社 20072夏立芳 金屬熱處理工藝學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2008