金屬熱處理實驗指導(dǎo)書

1、 金屬熱處理金屬熱處理實驗指導(dǎo)書實驗指導(dǎo)書 材料成型及控制專業(yè)材料成型及控制專業(yè)沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機運分院機運分院目目 錄錄一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?二、實驗設(shè)備和儀器二、實驗設(shè)備和儀器.三、實驗內(nèi)容及要求三、實驗內(nèi)容及要求.四、實驗原理及步驟四、實驗原理及步驟.五、實驗結(jié)果分析及實驗報告要求五、實驗結(jié)果分析及實驗報告要求.六、考核方式六、考核方式.七、參考書目：七、參考書目：. 鋼的熱處理及硬度實驗一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康牧私怃摰臒崽幚聿僮骷坝捕葘嶒炘?，正確設(shè)計、制定鋼的淬火工藝，利用熱處理爐和硬度計進行碳鋼的熱處理，并用硬度計檢測硬度，分析硬度與熱處理工藝的

2、關(guān)聯(lián)性，從而增強對熱處理原理與工藝的感性認識，加深對熱處理的了解。 ）通過實驗，使學(xué)生加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，掌握熱處理的基本原理和工藝基本知識，熟練使用熱處理相關(guān)儀器設(shè)備。同時可逐步提高從事本專業(yè)科學(xué)研究實驗以及分析和解決實際工程問題的動手能力；提高學(xué)生將理論與實踐相結(jié)合的能力。二、實驗設(shè)備和儀器二、實驗設(shè)備和儀器1、洛氏硬度計若干臺。2、熱處理管式爐、箱式爐若干臺。3、碳鋼試樣若干。三、實驗內(nèi)容及要求三、實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容：學(xué)生自行設(shè)計制定不同成分碳鋼的熱處理工藝，進行熱處理操作，進行硬度檢測實驗，分析碳鋼熱處理工藝對組織性能的影響規(guī)律，撰寫完整的實驗分析報告。實驗要求：要求學(xué)生了解

3、碳鋼普通熱處理(退火、正火、淬火、回火)的操作方法；了解鋼在熱處理時含碳量、加熱溫度、加熱時間、冷卻速度及回火溫度等主要因素對鋼熱處理后組織與性能的影響；明確熱處理過程中的操作注意事項；制訂熱處理工藝過程、設(shè)計操作步驟、確定工藝參數(shù)(如加熱溫度、保溫時間、冷卻速度等)；了解鋼普通熱處理(退火、正火、淬火、回火)下的金相組織變化和性能變化，建立金相組織、性能與熱處理工藝關(guān)系的感性認識；使學(xué)生具備在指定工作條件下制定熱處理工藝，以及通過熱處理實踐操作、硬度檢測等實驗過程，對相應(yīng)的工藝進行初步實驗、分析的能力。為今后的學(xué)習(xí)與實踐奠定理論與實踐的基礎(chǔ)。四、實驗原理及步驟四、實驗原理及步驟 實驗原理（1

4、）碳鋼的熱處理工藝種類 熱處理是改善金屬材料的使用性能和加工性能的一種非常重要的工藝方法。在機械工業(yè)中，絕大部分重要的機件都必須經(jīng)過熱處理。熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的一種工藝。碳鋼的熱處理工藝種類有退火、正火、淬火、回火等，其目的和操作各不相同。淬火、回火一般可提高鋼的硬度強度，正火退火一般為預(yù)備熱處理，可改善材料工藝性能及力學(xué)性能。為了使鋼件在熱處理后獲得所需要的性能，大多數(shù)熱處理工藝（如淬火、正火和普通退火等）都要將鋼件加熱到高于臨界點溫度，以獲得全部或部分奧氏體組織并使之均勻化，這個過程稱為奧氏體化。然后通過不同的冷卻

5、制度，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織（包括平衡組織與不平衡組織） ，從而獲得所需的性能。亞共析鋼、過共析鋼的奧氏體形成，以及先共析鐵素體或二次滲碳體繼續(xù)向奧氏體轉(zhuǎn)變或溶解的過程，只有加熱溫度超過 A3（亞共析鋼）或 Acm（過共析鋼）后，才能全部轉(zhuǎn)變或溶入奧氏體。特別地，對過共析鋼，在加熱到 Acm 以上全部得到奧氏體時，因為溫度較高，且含碳量多，使所得的奧氏體晶粒明顯粗大。（2）碳鋼的熱處理工藝制定原則亞共析鋼淬火：淬火溫度為 Ac3+30-50。共析鋼、過共析鋼淬火溫度為 Ac1+30-50。如圖 1 所示。圖圖 1 1 碳鋼淬火溫度范圍。（3）硬度測試原理硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。目前工程

6、上，測定硬度最常用的方法是壓入法，該方法所表示的硬度是指材料表面抵抗硬物壓入的能力。硬度試驗設(shè)備簡單，操作迅速方便，又可以直接在零件或工具上進行試驗而不破壞工件，并且還可以根據(jù)硬度值估計材料的近似抗拉強度和耐磨性。此外，硬度與材料的冷成型性、切削加工性、可焊性等工藝性能間也存在著一定的聯(lián)系，可作為選擇加工工藝時的參考。由于以上原因，所以硬度試驗在實際生產(chǎn)中作為產(chǎn)品質(zhì)量檢查、制定合理加工工藝的最常用的重要試驗方法。在產(chǎn)品設(shè)計圖樣的技術(shù)條件中，硬度也是一項主要技術(shù)指標(biāo)。測定硬度的方法很多，生產(chǎn)中應(yīng)用較多的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等試驗方法。布氏硬度布氏硬度試驗通常是以一定的壓力 F，將直徑為

7、 D 的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測材料的表層，經(jīng)過規(guī)定的保持載荷時間后，卸除載荷，即得到一直徑為 d 的壓痕，見圖 2-2。載荷除以壓痕表面積所得之值即為布氏硬度，以 HB 表示。單位為 MPa，但習(xí)慣上不標(biāo)出。用鋼球為壓頭所測出的硬度值以 HBS 表示；以硬質(zhì)合金球為壓頭所測得的硬度值以 HBW 表示，HBS 和 HBW 前面的數(shù)字代表其硬度值。HBS 適用于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼及鑄鐵、有色合金等硬度小于 450HB 的較軟金屬；HBW 適用于測量硬度值在 650HB 以下的材料。布氏硬度試驗的優(yōu)點是測定結(jié)果較準確，不足之處是壓痕大，不適合成品檢驗。洛氏硬度洛氏硬度試驗是以一定的壓力將一

8、特定形態(tài)的壓頭壓入被測材料的表面，如圖 3 所示。根據(jù)壓痕的深度來測量材料的軟硬，壓痕愈深，硬度愈低，反之硬度愈高。被測材料的硬度可直接在硬度計刻度盤上讀出。圖圖 2 布氏硬度試驗原理圖布氏硬度試驗原理圖 圖圖 3 洛氏硬度試驗原理圖洛氏硬度試驗原理圖表 1 常用洛氏硬度的試驗條件和應(yīng)用硬度符號壓頭類型總載荷/ kg測量范圍應(yīng)用舉例HRA120金剛石圓錐6070HRA 以上 硬質(zhì)合金、表面淬火鋼HRB1/16inch 淬火鋼球10025100HRB 軟鋼、退火鋼、銅合金HRC120金剛石圓錐1502067HRC淬火鋼件按壓頭和載荷不同，洛氏硬度分為 HRA、HRB 和 HRC 三種類型，如表

9、1 所示。洛氏硬度測量簡單易行，壓痕小，既可以測量成品和零件的硬度，也可以檢測較薄工件或表面較薄硬化層的硬度。三種洛氏硬度中，以 HRC 應(yīng)用最多。2. 步驟（1）實驗前復(fù)習(xí)有關(guān)內(nèi)容和閱讀實驗指導(dǎo)書，為實驗做好理論方面的準備。 （2）切割、打磨碳鋼棒材，準備淬火試樣。注意檢查試樣，檢測硬度的兩端面要磨平。（3）閱讀熱處理電爐使用說明書，掌握控溫儀表的使用，在教師指導(dǎo)下熟悉熱處理電爐的使用。（4）熟悉硬度計的操作步驟，校準硬度計。（5）在洛氏硬度計上檢測待處理的碳鋼試樣硬度，了解其狀態(tài)。記下硬度值。（6）將試樣放入熱處理電爐，按照試驗方案定出不同的溫度，加熱到所定溫度后保溫足夠時間，然后出爐鹽水

10、冷卻。（7）在洛氏硬度計上檢測待處理的碳鋼試樣硬度，了解其狀態(tài)。記下硬度值。（8）對比分析淬火前后硬度值。（9）將淬火后的試樣再次放入熱處理電爐，定好溫度，加熱到適當(dāng)溫度，保溫足夠時間，然后出爐空冷。（10）對比分析回火前后硬度值。（11）分析不同淬火溫度對硬度的影響。3、注意事項（1）操作時，切勿打鬧，要謹慎操作以免燙傷。（2）要注意積累相關(guān)的實驗操作經(jīng)驗。因為熱處理過程中的操作技巧也是不可或缺的影響因素。如淬火時試件出爐入水的速度就會影響試件金相組織和性能。同時，掌握金相組織、性能與熱處理關(guān)系的理論知識，如退火鋼出現(xiàn)塊狀鐵素體+塊狀珠光體、淬火后轉(zhuǎn)化為馬氏體十二次滲碳體、低溫回火轉(zhuǎn)化成回火

11、馬氏體、中溫回火轉(zhuǎn)化成回火托氏、高溫回火轉(zhuǎn)化成回火索氏體，從而理解退火使鋼軟化、正火使鋼細化、淬火使鋼硬化、回火使鋼多性化的真正含義。（3）實驗開始前要準備好實驗物品，檢查碳鋼熱處理實驗用電阻爐及測溫、控溫裝置并妥善放置，發(fā)現(xiàn)有損壞的應(yīng)及時維修或更換。準備好熱處理試樣，由于市面上碳鋼材料質(zhì)量有一定的波動，材料的準備不是簡單的采購，應(yīng)對其質(zhì)量和性能有充分的了解。對于關(guān)鍵儀器設(shè)備，如箱式電阻爐、硬度計、金相顯微鏡等，根據(jù)操作規(guī)程、按照實驗內(nèi)容要求進行反復(fù)調(diào)試，確保實驗順利進行。（4）實驗完畢后，要關(guān)掉電源，收好實驗用品。五、實驗結(jié)果分析及實驗報告要求五、實驗結(jié)果分析及實驗報告要求按下列要求完成實驗報告。1）簡述實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗步驟。2）對比分析淬火前后硬度值。3）對比分析回火前后硬度值。4）分析不同淬火溫度對硬度的影響。5）根據(jù)所測得的試驗數(shù)據(jù)，說明分析含碳量對碳鋼的組織和性能的影響規(guī)律。六、考核方式六、考核方式1實驗態(tài)度占 20%；2實驗操作占 30%；3. 實驗報告占 50%。七、參考書目：七、參考書目： 1胡光立、謝希文等編， 鋼的熱處理（原理與工藝） ， 西北工業(yè)大學(xué)出版社， 1993。2戚正風(fēng).金屬熱處理原理.北京： 機械工業(yè)出版社,19