熱處理實(shí)驗(yàn)報告

金屬材料熱處理實(shí)驗(yàn)報告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉄崽幚砉に?、組織和性能之間的關(guān)系。了解熱處理設(shè)備和熱處理工藝的實(shí)際操作，熟悉合金元素在低合金結(jié)構(gòu)鋼中的作用?？疾閷W(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方案本實(shí)驗(yàn)采用的材料：45鋼、T8鋼、40CrN遴岡三種。對于每一種鋼材，要求得到如下組織：⑴晶粒粗大的馬氏體+殘余奧氏體；晶粒細(xì)小的馬氏體+殘余奧氏體；回火馬氏體；回火屈氏體；回火索氏體；鐵素體(或滲碳體)+珠光體。對于45鋼和40CrNi鋼還要求得到如下組織：⑴屈氏體網(wǎng)+(馬氏體+殘余奧氏體)；(2)未轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的鐵素體+(馬氏體+殘余奧氏體)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料試樣：直徑甲14mm的40CrNi鋼圓柱狀小試樣，直徑甲15mm的45鋼圓柱狀小試樣，直徑甲16mm的T8鋼圓柱狀小試樣。熱處理加熱爐：高溫?zé)崽幚頎t（V1300°C）2臺，中低溫?zé)崽幚頎t（V900°C）5臺硬度計（洛氏硬度C標(biāo)尺）金才目顯微鏡01ympusLEXTOLS4100及數(shù)碼照才目系統(tǒng)磨光機(jī)及金才目砂紙拋光機(jī)及拋光液浸蝕劑、酒精、玻璃器皿、竹夾子、脫脂棉、濾紙等四、 實(shí)驗(yàn)工藝設(shè)計及實(shí)驗(yàn)處理過程和結(jié)果處理1.工藝選擇40顯微組織粗大馬氏體細(xì)晶馬氏體屈氏體網(wǎng)+馬氏體鐵素體+珠光體鐵素體+馬氏體擬用工藝1000C30min水冷860C30min水冷860C30min油冷860C30min空冷860C30min水冷40CrNi顯微組織粗大馬氏體細(xì)晶馬氏體屈氏體網(wǎng)+馬氏體鐵素體+珠光體鐵素體+馬氏體擬用工藝1000C28min油冷860C28min油冷無860C28min空冷770C28min油冷T8(T12)顯微組織粗大馬氏體細(xì)晶馬氏體屈氏體網(wǎng)+馬氏體先共析滲碳體+珠光體擬用工藝1000C32min水冷770C32min水冷770C32min油冷770C32min空冷

表2實(shí)驗(yàn)全部樣品的顯微組織及其熱處理工藝設(shè)計用表(要求回火)45顯微組織回火馬氏體(200°c)回火馬氏體(3000回火屈氏體(4000回火屈氏體(5000回火索氏體(6000擬用工藝淬火溫度/°c860°c860c860c860c860c回火溫度/c200c300c400c500c600c40CrNi顯微組織回火馬氏體(2000回火馬氏體(3000回火屈氏體(4000回火屈氏體(5000回火索氏體(6000擬用工藝淬火溫度/c860c860c860c860c860c回火溫度/c300c300c400c500c600cT8（T12）顯微組織回火馬氏體(2000回火馬氏體(3000回火屈氏體(4000回火屈氏體(5000回火索氏體(6000擬用工藝淬火溫度/c770c770c770c770c770c回火溫度/c200c300c400c500c600c工藝選擇分析：工藝的選擇的根據(jù)是亞共析鋼和共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，即CCT曲線。45鋼和40CrNi屬于亞共析鋼，T8鋼屬于過共析鋼，對應(yīng)曲線如下圖所示。

5004g3002001Q05004g3002001Q0900800700min10 10* w 10*a時間Cs>亞共析鋼CCT曲線圖過共析鋼CCT曲線圖亞共析鋼得到馬氏體一般需要加熱到AC3線以上30-50°C，保溫然后快速冷卻。所以一般選擇860C作為熱處理工藝溫度。產(chǎn)生粗晶馬氏體的原因在于加熱溫度1000C已經(jīng)過高，馬氏體就會發(fā)生變形，晶粒粗大。860C細(xì)晶馬氏體性能硬度和韌性會更好。要想在不產(chǎn)生鐵素體的情況下得到屈氏體和馬氏體的混合物，就需要改變淬火的介質(zhì)，用冷卻速度更低的油來代替水參與淬火工藝。所以屈氏體+M就選擇860C油淬；當(dāng)加熱溫度過低時組織中會產(chǎn)生F（鐵素體），所以選擇770C水冷的方式來得到M+鐵素體。由于空冷的冷卻速度明顯低于臨界冷速，所以會經(jīng)過珠光體區(qū)，所以選擇空冷來將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w和鐵素體的混合物。40CrNi相對于45鋼而言Cr和Ni的含量增加，C含量減少，C曲線發(fā)生右移，所以相比45鋼來說需要用油這種冷卻速度較慢的介質(zhì)代替水來完成淬火工藝。產(chǎn)生粗晶馬氏體的原因依然是加熱溫度過高。冷卻的時間較45鋼略有減少，般只需要28min即可。對于T8鋼這種過共析鋼而言，一般加熱溫度只需要在AC1線以上30-50°C，所以細(xì)晶馬氏體的熱處理工藝溫度選擇為770攝氏度。獲得屈氏體+M的方式仍需要采取油淬的方式來實(shí)現(xiàn)。獲得先共析滲碳體和珠光體則需要冷卻速度比油的速度更慢，所以選擇空冷的熱處理方法。合金元素的擴(kuò)散很緩慢，因此對合金鋼應(yīng)采取較高的加熱溫度和較長的保溫時間，以得到比較均勻的奧氏體，從而充分發(fā)揮合金元素的作用，所以T8鋼的保溫時間較高，為32min?；鼗鸱N類示意圖（a-低溫回火b-中溫回火c-高溫回火）對于回火產(chǎn)物來說，回火一般分為低溫（150C-250C），中溫（350C-500C）和高溫回火（550C-650C）。不同回火溫度對應(yīng)的組織分別是回火M,回火T和回火S?；鼗鸷蟮墓に囂幚砭鶠榭諝庵芯徛鋮s，即空冷。所以選擇了不同的熱處理工藝獲得相應(yīng)的組織。實(shí)驗(yàn)步驟：1） 在工藝卡上選擇鋼種及目標(biāo)組織2） 利用游標(biāo)卡尺確定對應(yīng)鋼種試樣的直徑和長度并寫在工藝卡上3） 在工藝卡上填寫熱處理溫度及方法4） 設(shè)定箱式爐的溫度，將試樣放入箱式爐中，然后設(shè)置保溫溫度，保溫過程結(jié)束后取出試樣按照對應(yīng)方式冷卻。5） 冷卻結(jié)束后放入葛氏硬度計測量硬度，記錄在工藝卡中。6） 進(jìn)行試樣的金相制備過程。7） 金相制樣7.1手磨⑴磨樣前，清理實(shí)驗(yàn)臺與玻璃板上的灰塵或磨料顆粒，以免影響磨樣質(zhì)量。將60#砂紙磨砂面向上平鋪于玻璃板上。（2）樣品無標(biāo)記面為磨制面。根據(jù)需要可對磨制面進(jìn)45”倒角0.5-1mm，手工或后續(xù)機(jī)磨均可。試樣磨制面朝下，一手按住砂紙，一手提住試樣健議用大拇指、食指和中指捏持試樣)，將試樣適當(dāng)按壓緊貼砂紙沿直線推至砂紙邊緣(圖中a、b)，然后將試樣提起脫離砂紙表面并返回到起始位置(圖中cd)，再進(jìn)行第二次磨制。如此反復(fù)進(jìn)行單向打磨至磨制面平整且劃痕方向一致。依次換上從粗到細(xì)牌號砂紙進(jìn)行單向磨制。每更換一道砂紙，試樣磨制面旋轉(zhuǎn)90”，使上道次劃痕與本道次劃痕方向季直。每道次磨制以磨面平整、劃痕方向一致覆蓋上道次劃痕為止。更換砂紙時注意清潔試樣磨制面和玻璃板，避免把上道次粗砂紙砂粒帶入下道次更細(xì)砂紙磨制過程中。(5)重復(fù)3-4步驟直至最細(xì)號砂紙。(6)手磨結(jié)束后，清理實(shí)驗(yàn)臺，整齊擺放砂紙。7.2水磨⑴清潔試樣，避免將手磨砂粒帶入水磨過程中，先打開預(yù)磨機(jī)電源，再打開水龍頭調(diào)節(jié)水流大小，將磨制面手磨劃痕沿研磨盤半徑方向放置(因預(yù)磨機(jī)劃痕方向沿研磨盤切線方向，如此放置可保證預(yù)磨劃痕與手磨劃痕方向垂直)，施加一定壓力保持試樣在研磨盤上位置不動(避免產(chǎn)生其他方向劃痕)。當(dāng)磨面平整、磨痕方向一致且完全消除上道次磨痕之后，本道次磨制結(jié)束?？梢来螕Q上從粗到細(xì)牌號水磨測砂紙進(jìn)行下道次預(yù)磨。預(yù)磨結(jié)束后，關(guān)閉水龍頭，關(guān)閉電源，清理實(shí)驗(yàn)臺。7.3拋光⑴清潔試樣，避免將砂較帶入拋光過程中。打開拋光機(jī)電源，穩(wěn)定拿持試樣，以適當(dāng)壓力將試樣拋光面均勻按壓在拋光布表面進(jìn)行拋光。拋光時試樣所受摩擦力隨施加壓力增大而變大，所需握持力也應(yīng)隨之增大，因此開始拋光時應(yīng)注意用力提持試樣樣品，而不要施加過大壓力，避免試樣脫手飛出。初始拋光時，試樣位置宜在拋光盤圓心附近，感覺適應(yīng)了拋光握持感后，可逐步將試樣外移，這時試樣所處位置拋光盤線速度增大，試樣拋光面受摩擦力變大，拋光速度也加快。攝光過程中，可根據(jù)需要適當(dāng)沾取拋光膏均勻涂抹于拋光面上后進(jìn)行拋光，以加快拋光速度。拋光過程中適時、適量地打開水流，控制好拋光布的濕度。當(dāng)拋光面上肉眼看不到劃痕，整個拋光面平整光亮如鏡，可清晰映像時，即可結(jié)束拋光。拋光結(jié)束后，關(guān)閉拋光機(jī)水源、電源，清理實(shí)驗(yàn)臺和拋光機(jī)，將拋光膏等實(shí)驗(yàn)用品整理放置。7.4浸位⑴將微光好后的試樣用大量清水沖洗，去除可能殘留的擦光布纖維等污漬。(2)用竹夾夾持吸滿45硝酸酒精的脫脂棉球均勻擦拭拋光面，拋光面應(yīng)適當(dāng)傾斜，避免浸蝕液流到手上。浸蝕過程中注意觀察試樣拋光面變化，待呈淺灰白后，即可使用大量清水沖洗拋光面，隨后立即用竹夾夾持吸滿無水酒精的脫脂棉球擦拭試樣拋光面，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干試樣表面。浸蝕結(jié)束浸蝕過程中應(yīng)小心防止腐蝕液接觸到皮膚，若皮膚接觸到腐蝕液，應(yīng)及時用清水沖洗。浸蝕結(jié)束后，及時清理實(shí)驗(yàn)臺，確認(rèn)水通關(guān)閉。將實(shí)驗(yàn)器材整齊按原位置擺放。B.顯微觀察使用顯微鏡前必須保證手、樣品干燥整潔，不得殘留有水、腐蝕劑、拋光膏等。將試樣放于顯微鏡載物臺上，在機(jī)身右側(cè)根據(jù)鎖定方向指示打開調(diào)焦鎖定，調(diào)節(jié)粗調(diào)焦旋鈕，圖像從模糊變至大致清晰后施轉(zhuǎn)調(diào)救鎖定至“Lock”3點(diǎn)擊亮度進(jìn)度條上方“自動”按鈕。使用搖桿調(diào)節(jié)試樣觀察區(qū)域至目標(biāo)觀察區(qū)。在軟件中將鼠標(biāo)指針置于視場上，用鼠標(biāo)滾輪進(jìn)行細(xì)微調(diào)焦。當(dāng)視場最清晰后，可用鼠標(biāo)點(diǎn)選“50x”按鈕，顯微鏡將自動切換至50倍物鏡。重復(fù)3、4步豫，將視場誘節(jié)至理相放大倍教和區(qū)域。選擇“自動”模式，點(diǎn)擊“激光觀察”，點(diǎn)擊“獲取”。查看45鋼生成曲線，并在工藝卡上填寫其他目標(biāo)組織試樣的熱處理工藝，并生成溫度和硬度的關(guān)系曲線。工藝曲線45鋼的目標(biāo)組織細(xì)晶馬氏體經(jīng)過淬火之后所得的工藝曲線圖1時實(shí)驗(yàn)結(jié)果45鋼顯微組織細(xì)晶馬氏體回火馬氏體(2006回火屈氏體(400°C)回火索氏體(600C)硬度/HRC57.353.242.229.1顯微組織晶粒粗大的馬氏體鐵素體和珠光體屈氏體網(wǎng)和馬氏體硬度/HRC50.416.429.9硬度和溫度關(guān)系曲線曜度tROftC)ih-國火審氏作MOC國火審氏作MOC200C回火弟度CC)目標(biāo)顯微組織照片40CrNi鋼顯微組織細(xì)晶馬氏體回火馬氏體(2006回火屈氏體(400°C)回火索氏體(600C)硬度/HRC55.150.442.235.3顯微組織晶粒粗大的馬氏體鐵素體和珠光體鐵素體和馬氏體硬度/HRC48.331.951.8硬度和溫度關(guān)系曲線JjfAlt■火■!■■姓瑕廈值(we)?otn而身因體 目火芻氏胃 回火座氏停 回火普氏登200C *"C *00rCI 回火混度(C)目標(biāo)顯微組織照片材料組織顯微組織40CrNi鋼晶粒粗大的馬氏體,

晶粒細(xì)小的馬氏體回火馬氏體回火屈氏體回火索氏體鐵素體(或滲碳體)+珠光體鐵素體+馬氏體+殘余奧氏體晶粒細(xì)小的馬氏體回火馬氏體回火屈氏體回火索氏體鐵素體(或滲碳體)+珠光體鐵素體+馬氏體+殘余奧氏體T8鋼顯微組織細(xì)晶馬氏體回火馬氏體(2006回火屈氏體(400°C)回火索氏體(600C)硬度/HRC64.157.145.520.0顯微組織晶粒粗大的馬氏體鐵素體和珠光體硬度/HRC58.930.9

硬度和溫度關(guān)系曲線供晶馬氐律 回典馬氐慘 回火尾氐伴網(wǎng)* 4Qq'C畫火溫國＜C)目標(biāo)顯微組織照片材料組織顯微組織T8鋼…'體.晶粒細(xì)小的馬氏體

分析淬火溫度、淬火介質(zhì)對組織和性能的影響；淬火溫度的選擇隨鋼種不同而異，但均應(yīng)以得到細(xì)小均勻的奧氏體晶粒為原則，以便冷卻后獲得細(xì)小馬氏體。淬火溫度過高，會增加鋼材的氧化和脫碳，并且由于奧氏體晶粒的長大，淬火后得到粗大馬氏體，工件易變形開裂，機(jī)械性能下降。淬火溫度過低則鋼件不能完全奧氏體化，得到鐵素體加馬氏體組織為不完全淬火，機(jī)械性能也達(dá)不到要求。圖1Fe-C二元相圖本實(shí)驗(yàn)中使用的45鋼和40CrNi樣品，碳含量均低于共析點(diǎn)，屬于亞共析鋼，淬火溫度應(yīng)選擇Ac3以上30-50°C。從圖1Fe-C二元相圖上看，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。淬火溫度如高于Ac1低于Ac3,則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全（或亞臨界）淬火。淬火后在高硬度的馬氏體中將含有一定數(shù)量的低硬度的鐵素體，淬火后硬度不足力學(xué)性能降低。如淬火溫度過高，奧氏體晶粒變大，淬火后得到的馬氏體組織也變得粗大，脆性增加，材料的機(jī)械性能變差。本實(shí)驗(yàn)中使用的T8鋼樣品，屬于過共析鋼。淬火溫度選擇Ac1以上30?50C。從圖1Fe-C二元相圖上看，該狀態(tài)處于奧氏體與滲碳體雙相區(qū)，因而過共析鋼的正常淬火仍為不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織，具有高硬度和高耐磨性。淬火溫度的變化將影響二次碳化物溶入奧氏體中的量，從而影響得到的馬氏體淬火后組織。若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解于奧氏體，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大，奧氏體碳含量也增加湘應(yīng)奧氏體晶粒長大，淬火后馬氏體組織變得粗大;同時由于奧氏體碳濃度高，馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms、Mf下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。同時鋼件淬火應(yīng)力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向變大。（2）淬火介質(zhì)對組織和性能的影響淬火介質(zhì)的選擇取決于不同介質(zhì)對應(yīng)的冷卻速度，選擇快于臨界冷速的介質(zhì)作為淬火介質(zhì)，這樣樣品才能夠得到單一馬氏體組織（從C曲線圖看如此，實(shí)際可能有殘余奧氏體）。所以選擇淬火介質(zhì)首先是使冷速大于臨界冷速V3,然后再選取盡量減小或避免變形及開裂者。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)當(dāng):在高溫區(qū)，過冷奧氏體穩(wěn)定性較好，所以冷卻速度可適當(dāng)慢些，以減小工件因急劇變溫而引起應(yīng)力;在過冷奧氏體最易分解的溫度范圍內(nèi)（即C曲線的鼻尖部位），具有較強(qiáng)的冷卻能力，冷速快于臨界冷速，以抑制過冷奧氏體的分解;而在接近Ms處，有較緩和的冷卻速度，減小工件內(nèi)外溫差，減小組織應(yīng)力，避免低溫時工件塑性減小而出現(xiàn)開裂。這樣的淬火介質(zhì)有較高的淬火冷卻速度，又不