T10鋼熱處理工藝

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)綜合及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名吳雙全學(xué)號(hào) 1308010318 所 屬 院 系材料科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè) /班 級(jí)材料 13-3 所 用 材 料 t10鋼要 求 硬 度 5055hrc 閱卷人閱 卷 日 期成績(jī)?cè)u(píng)定：t10 鋼熱處理工藝設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)設(shè)計(jì)一組熱處理工藝方案提高t10 鋼試樣的硬度，使其硬度達(dá)到5055hrc 。2、設(shè)計(jì)熱處理工藝使試樣金相組織中最終出現(xiàn)屈氏體。二、實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備1、t10鋼圓柱試樣（ 1515mm ）若干2、硝酸3、酒精4、砂紙5、拋光膏6、玻璃板7、箱式電阻爐及控溫儀表8、拋光機(jī)9、金相顯微鏡10、洛氏硬度計(jì)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、t10

2、鋼概述目前常用的碳素工具鋼有t8、t10、t12,其中 t10 用量最多。 t10鋼優(yōu)點(diǎn)是可加工性好，來(lái)源容易；但淬透性低、耐磨性一般、淬火變形大。因鋼中含合金元素微量，耐回火性差，硬化層淺，因而承載能力有限。雖有較高的硬度和耐磨性，但小截面工件韌性不足，大截面工件有殘存網(wǎng)狀碳化物傾向。t10鋼在淬火加熱（通常達(dá) 800）時(shí)不致于過(guò)熱，淬火后鋼中有過(guò)剩未溶碳化物，所以比t8鋼具有更高的耐磨性，但淬火變形收縮明顯。由于淬透性差，硬化層往往只有1.5 5mm ；一般采用220250回火時(shí)綜合性能較佳。熱處理時(shí)變形比較大，故只適宜制造小尺寸、形狀簡(jiǎn)單、受輕載荷的模具。2、t10 鋼化學(xué)成分碳 c ：

3、0.95 1.04 （t，：碳的千分?jǐn)?shù)）硅 si ：0.35 錳 mn：0.40 硫 s ： 0.020 磷 p ： 0.030 鉻 cr ：允許殘余含量0.25 0.10( 制造鉛浴淬火鋼絲時(shí)) 鎳 ni ：允許殘余含量0.20 0.12( 制造鉛浴淬火鋼絲時(shí)) 銅 cu：允許殘余含量0.30 0.20( 制造鉛浴淬火鋼絲時(shí)) 注：允許殘余含量cr+ni+cu0.40( 制造鉛浴淬火鋼絲時(shí)) 3、t10 鋼適用范圍這種鋼應(yīng)用較廣，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(dòng)而需要一定的韌性及具有鋒利刃口的各種工具，如車(chē)刀、刨刀、鉆頭、絲錐、擴(kuò)孔刀具、螺絲板牙、銑刀手鋸鋸條、還

4、可以制作冷鐓模、沖模、拉絲模、鋁合金用冷擠壓凹模、紙品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切邊模及沖孔模，低精度而形狀簡(jiǎn)單的量具（如卡板等），也可用作不受較大沖擊的耐磨零件等。四、實(shí)驗(yàn)原理研究 t10鋼經(jīng)退火、淬火、回火后的組織，需要運(yùn)用fe-fe3c平衡相圖及過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)圖c曲線(xiàn)從加熱和冷卻2 個(gè)方面進(jìn)行分析， 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律是由c曲線(xiàn)確定的。 因此，研究鋼熱處理后的組織通常以c曲線(xiàn)為理論依據(jù)。按照不同的冷卻條件，過(guò)冷奧氏體將在不同的溫度范圍發(fā)生不同類(lèi)型的轉(zhuǎn)變。通過(guò)金相顯微鏡觀察， 可以發(fā)現(xiàn)過(guò)冷奧氏體各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。t10鋼是過(guò)共析鋼，過(guò)共析鋼的c曲線(xiàn)跟亞共析鋼

5、的相似，先析出的是滲碳體。隨著冷卻速度的增大， 鋼的顯微組織變化是： 滲碳體 +珠光體 滲碳體 +索氏體滲碳體 +托氏體托氏體 +馬氏體 +殘余奧氏體 馬氏體 +殘余奧氏體。為了使?jié)B碳體呈球狀并且均勻分布，改善切削加工性能，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備，碳素工具鋼必須先進(jìn)行球化退火。碳素工具鋼經(jīng)不完全淬火和中溫回火，硬度在5055hrc 范圍，可作為低切削的刃具和形狀簡(jiǎn)單的冷沖模。五、實(shí)驗(yàn)流程工藝1、球化退火表 1 球化退火工藝參數(shù)含碳量大于 0.75%的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退火作為預(yù)備熱處理，如果有二次網(wǎng)狀滲碳體的存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火消除網(wǎng)狀滲碳體。球化退火是使鋼中碳化物球化， 獲得球化體

6、的一種熱處理工藝。 球化效果作用于 t10 鋼，其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削加工性，并為淬火作組織準(zhǔn)備，因?yàn)榍驙罱M織不易過(guò)熱， 即球體溶入奧氏體較慢， 所以?shī)W氏體晶粒不易長(zhǎng)大，淬火后組織為隱晶馬氏體，且淬火開(kāi)裂傾向小。 t10 碳素工具鋼，一般采取球化退火， 使?jié)B碳體成球狀均勻分布， 若鍛件沿晶界出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物時(shí)，則先進(jìn)行正火處理，消除網(wǎng)狀碳化物，然后進(jìn)行球化退火。其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削加工性能，并為淬火作組織準(zhǔn)備。因?yàn)榍驙罱M織不易過(guò)熱，即球體溶入奧氏體慢， 所以?shī)W氏體晶粒不易長(zhǎng)大， 淬火后組織為隱晶馬氏體， 且淬火開(kāi)裂傾向小。常用的球化退火工藝如圖1 所示（以 t12為

7、例）。圖 a 為一次加熱球化退火工藝， 要求退火前的原始組織為細(xì)片狀珠光體，圖 b 是目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的球化退火工藝，圖c 為反復(fù)球化退火工藝。圖 1 常用的幾種球化退火 t10鋼是高碳鋼，實(shí)驗(yàn)采用圖 b 球化退火工藝，將其加熱到 ac1以上 2030保溫 4h 后，再以 3040/h 冷卻到 680等溫 6h，再爐冷到 550出爐。球化退火實(shí)現(xiàn)了碳化物快速球化的關(guān)鍵在于通過(guò)控制相變的熱力學(xué)和動(dòng)力材料加熱溫度 / 保溫時(shí)間 /h 冷卻速度出爐溫度 / 硬度 hbw t10鋼760 680 4 6 2030 550 197217 學(xué)來(lái)改變奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的模式- 從傳統(tǒng)的片層轉(zhuǎn)變機(jī)制改變?yōu)?

8、“離異共析”的轉(zhuǎn)變形式。 “離異共析”的轉(zhuǎn)變形式是將奧氏體奧氏體直接轉(zhuǎn)變成球狀珠光體，時(shí)間大為縮短。 為此，在加熱過(guò)程中奧氏體轉(zhuǎn)變完成之后必須在奧氏體基體上殘留足夠的未溶碳化物顆粒作為隨后冷卻過(guò)程中珠光體離異共析轉(zhuǎn)變的核心。快速球化退火工藝去除加熱時(shí)間和冷卻時(shí)間，奧氏體化保溫時(shí)間和等溫轉(zhuǎn)變時(shí)間總和僅需 2h（時(shí)間與工件大小無(wú)關(guān)）。對(duì)于工具鋼而言， 有時(shí)可以采用調(diào)質(zhì)處理來(lái)代替球化退火，這樣不但省時(shí)省電，完全可以達(dá)到球化效果， 而且經(jīng)調(diào)質(zhì)后的粒狀珠光體，比球化退火后的粒狀珠光體更細(xì)小，更均勻，更有利于最后的退火。2、不完全淬火表 2t10鋼淬火工藝方案加熱溫度/ 冷卻規(guī)范硬度hrc 冷卻介質(zhì)冷卻介

9、質(zhì)溫度/ 冷卻程度再冷卻到20的介質(zhì)770790 水 20 40 至 250300油冷6264 (nacl)5%水溶液 62 65 （堿）5% 10%水溶液 62 64 t10鋼淬透性低，容易產(chǎn)生變形和淬裂，需要用鹽水或堿水水冷卻。另外碳素工具鋼對(duì)過(guò)熱敏感， 晶粒容易長(zhǎng)大， 所以采用不完全淬火其淬火溫度一般是在碳化物與奧氏體共存的兩相區(qū)內(nèi)（ac1以上 3050）。這是由于碳化物的存在不僅可以阻止奧氏體的長(zhǎng)大， 使碳素工具鋼保持較小晶粒， 從而能在高硬度條件下保證具有一定的韌性， 而且剩余碳化物的存在也有利于模具耐磨性的提高。為防止過(guò)熱， 選取最低的淬火加熱溫度 (760780) ，為防止淬火開(kāi)

10、裂， 必須在淬火方法上實(shí)現(xiàn)均勻冷卻。在實(shí)際生產(chǎn)中， 只有在大型工件或裝爐量很多的情況下，才能把升溫時(shí)間和保溫時(shí)間分開(kāi)考慮。 由于淬火溫度高于相變溫度， 所以升溫時(shí)間包括組織轉(zhuǎn)變的時(shí)間。保溫時(shí)間實(shí)際上只要考慮碳化物的溶解和奧氏體成分均勻化所需時(shí)間即可。確定淬火加熱時(shí)間是個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題。到目前為止， 還沒(méi)有一個(gè)可靠的計(jì)算方法，一般用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，通過(guò)試驗(yàn)最終確定。常用經(jīng)驗(yàn)公式為t=kd （1）式中： t 為加熱時(shí)間（ min）；為加熱系數(shù)（ min/mm ）；k為裝爐修正系數(shù)； d為工件有效厚度。 加熱系數(shù) 表示工件單位厚度需要的加熱時(shí)間，其大小與工件尺寸、加熱介質(zhì)和鋼的化學(xué)成分有關(guān)。3、中溫

11、回火對(duì)于本工藝要求的硬度、 強(qiáng)度、耐磨性及一定韌性的淬火工件，選取淬火后再進(jìn)行 300350 之間進(jìn)行回火。 回火后得到回火屈氏體及在其分布均勻的細(xì)小碳化物顆粒組織，硬度一般可達(dá) 5055hrc 。 回火時(shí)間依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式th=kh+ah d 其中， kh為回火時(shí)間基數(shù)，本工藝kh取 20min。ah為回火時(shí)間系數(shù)，本工藝取1min/mm 。故 th=20+115=35min。實(shí)際情況比理論計(jì)算時(shí)間略長(zhǎng)。六、實(shí)驗(yàn)步驟1. 選擇 t10鋼圓柱零件 4 個(gè)。2. 試樣預(yù)處理： t10 鋼分析并檢測(cè)其性能（硬度、金相組織、沖擊韌性、抗拉強(qiáng)度），觀察是否有網(wǎng)狀滲碳體（如果有正火去除）3. 等溫球化退火：

12、將t10 鋼加熱到 ac1以上 2030保溫 4h 后，再以 3040/h 冷卻到 680等溫 6h，再爐冷到 550出爐（球化退火），空冷。4. 淬火處理：計(jì)算出淬火保溫時(shí)間， 確定淬火加熱溫度 (760780)，將球化退火后的試樣放入電阻爐中保溫45min 后取出進(jìn)行水油雙液淬火。在2040的水或 5% 的鹽水中冷卻至 250300，立即放入 2040油中淬火至室溫。5. 硬度測(cè)量：先用砂紙將試樣表面打磨光滑，后用洛氏硬度計(jì)測(cè)量其表面硬度，三次取平均值。6. 中溫回火：將試樣放入箱式電阻爐中加熱至350保溫 3540min，空冷至室溫并測(cè)量硬度，如第5 步。7. 金相組織觀察：（1）打磨。

13、將 t10鋼試樣依次用 04 號(hào)砂紙打磨至表面光亮，潔凈，平整，無(wú)凹坑，腐蝕孔。（2）拋光。將試樣磨面在拋光盤(pán)中心附近進(jìn)行拋光，并適當(dāng)調(diào)整壓力，時(shí)間為35min。（3）腐蝕。先用酒精清洗，然后用硝酸進(jìn)行腐蝕35 秒，清水沖洗后用脫脂棉擦干。 (4 ）觀察組織。將腐蝕后的金相試樣在金相顯微鏡下觀察，并拍攝組織圖樣。七、預(yù)期結(jié)果表3 t10 鋼熱處理后的組織序號(hào)原 始組 織熱處理規(guī)范硬度（hrc）金相組織1 珠光體球化退火52 鐵素體 +滲碳體2 780直接淬火30min 57 馬氏體 +殘余奧氏體+碳化物3 球化退火+780淬火56 馬氏體 +殘余奧氏體4 780直接淬火+低溫回火 2h 55 回火馬氏體 +殘余奧氏體根據(jù)表 3 及本實(shí)驗(yàn)所需的工藝要求， t10 鋼在經(jīng)球化退火及水油雙液淬火后采取 350中溫回火， 達(dá)到其硬度 5055，表層金相組織中出現(xiàn)回火屈氏體，如圖 1。圖 1 回火屈氏體組織圖八、參考文獻(xiàn)1.吳晶 , 紀(jì)嘉明 , 丁紅燕金屬材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)m 鎮(zhèn)江市江蘇大學(xué)出版社 2009年 4 月26-50,93-100. 2.邵紅紅 , 紀(jì)嘉明金屬組織控制技術(shù)與設(shè)備m 北京市北京大學(xué)出版