關于鋼的熱處理及硬度測量〈一〉實驗目的〈二〉實驗儀器〈三〉實驗原理〈四〉操作步驟〈五〉注意事項第2頁,共41頁，2024年2月25日，星期天一、實驗目的

1了解熱處理工藝操作；

2研究淬火溫度、冷卻速度、回火溫度對

45和T10鋼性能（硬度）的影響；

3熟悉硬度計的使用方法。第3頁,共41頁，2024年2月25日，星期天二、實驗儀器1.箱式電阻爐2.布氏硬度計3.洛氏硬度計4.維氏硬度計第4頁,共41頁，2024年2月25日，星期天三、實驗原理

碳鋼經(jīng)熱處理后的組織大都是不平衡組織，因此，在研究熱處理后的組織時，不但要使用鐵碳相圖，而且要用鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線（TTT或CCT曲線）來分析。45鋼經(jīng)不同熱處理后的組織

圖1為45鋼的CCT曲線。可用來分析該鋼在退火、正火、淬火后的組織。

圖145鋼的CCT曲線(一)熱處理實驗第5頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

45鋼經(jīng)完全退火后得到的組織是鐵素體+珠光體。正火后的組織是鐵素體+索氏體,如圖2所示。與退火后的組織比較，正火后的組織中鐵素體量較少，珠光體型組織細密且數(shù)量較多。

圖245鋼的退火組織45鋼的正火組織第6頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

45鋼在正常加熱溫度下油淬，得到的組織是馬氏體（板條狀和針狀）+屈氏體（黑色網(wǎng)狀）+少量上貝氏體（暗灰色羽毛狀），如圖3所示。若在水中淬火可得到全部馬氏體（板條狀和針狀），但由于馬氏體很細小，在顯微鏡下不易分清其形態(tài)特征，如圖4所示。

圖345鋼的油淬組織圖445鋼的水淬組織第7頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

45鋼水淬后200℃回火，得到回火馬氏體,如圖5所示。回火馬氏體仍保持馬氏體的形態(tài)特征,但容易受浸濁，顏色比馬氏體深。

圖545鋼水淬后200℃回火組織第8頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

45鋼水淬后400℃回火，得到回火屈氏體，如圖6所示?；鼗鹎象w中的鐵素體呈白亮色，但仍基本保持原來馬氏體形態(tài)?；鼗鹎象w中的滲碳體則呈細小粒狀或細小片狀分布在鐵素體基體上。由于滲碳體顆粒非常細小，而且彌散度很大，在光學顯微鏡下不易分清。圖645鋼水淬后400℃回火組織第9頁,共41頁，2024年2月25日，星期天45鋼水淬后600℃回火，得到回火索氏體，如圖7所示。回火索氏體中的鐵素體呈白亮色等軸晶粒，回火索氏體中的滲碳體呈粒狀（比回火屈氏體中的顆粒大）分布在鐵素體基體上。

圖745鋼水淬后600℃回火組織第10頁,共41頁，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃水淬M+A?+Fe3C粒狀第11頁,共41頁，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃水淬+200℃回火回火M+較少A?+Fe3C粒第12頁,共41頁，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃加熱-水冷400℃回火T回火+Fe3C?；鼗餗轉(zhuǎn)變?yōu)椋涸诒３諱形態(tài)的F基體上分布著極其細小的滲碳體顆粒第13頁,共41頁，2024年2月25日，星期天T10鋼780℃水冷+600℃回火S回火+Fe3C粒由原來M組織形態(tài)變成多邊形F與顆粒狀滲碳體組成的組織稱為回火S第14頁,共41頁，2024年2月25日，星期天(二)硬度實驗

1、布氏硬度布氏硬度簡介布氏硬度操作原理布氏硬度檢測方法與技術條件布氏硬度的應用范圍及優(yōu)缺點。第15頁,共41頁，2024年2月25日，星期天1.1布氏硬度試驗操作原理1.1.1操作原理用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗力作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑，布氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積的商。見圖3－1第16頁,共41頁，2024年2月25日，星期天1.1.2計算公式布氏硬度試驗采用硬質(zhì)合金球壓頭，硬度符號為HBW；普通鋼球，硬度符號為HBS布氏硬度值按下式計算的：式中：F—試驗力，kgf；

s——壓痕表面積，mmh——壓痕深度，mm2。式中：D—球壓頭直徑，mm；

F——試驗力，N；

d——壓痕平均直徑，mm；第17頁,共41頁，2024年2月25日，星期天2洛氏硬度試驗洛氏硬度試驗機的結(jié)構：金屬洛氏硬度計是測量材料洛氏硬度的專用設備。a.根據(jù)施加試驗力的方式不同洛氏硬度計可分為：1．直接加荷式硬度計2．杠桿式硬度計3.還有彈簧加試驗力及液壓加試驗力等形式的硬度計。b.按照結(jié)構形式不同：還分為臺式和攜帶式等。第18頁,共41頁，2024年2月25日，星期天圖1－1直接加荷式硬度計1－2杠桿式洛氏硬度計第19頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

圖1-3洛氏硬度計的外觀圖第20頁,共41頁，2024年2月25日，星期天便攜式特點是：其試驗力的施加是通過螺桿和一個已校準的彈簧完成的；用刻度表測量彈簧位移來確定試驗力的大小；壓痕深度的測量由精密螺旋測微機構完成，硬度值的讀取方式是透過放大鏡讀取鼓輪上的刻度線。第21頁,共41頁，2024年2月25日，星期天洛氏硬度操作原理a.測量原理及操作過程洛氏硬度試驗采用1200金剛石圓錐或淬火鋼球作為壓頭，在初試驗力F0及總試驗力F1先后作用下，將規(guī)定的壓頭壓入試樣表面，保持一定的時間后卸除主試驗力Fl，在保留初試驗力F0下測量壓痕殘余深度e。100（或130）減去e值即為洛氏硬度值。第22頁,共41頁，2024年2月25日，星期天b.計算公式：為常數(shù)，用鋼球壓頭時為130；用金剛石壓頭時為100。K為什么定義為130或100？根據(jù)洛氏硬度定義：一個洛氏硬度單位在特定條件下定義為0.002mm的壓痕深度殘余增量。第23頁,共41頁，2024年2月25日，星期天c.洛氏硬度標尺分類及選用原則

洛氏硬度計按照洛氏硬度試驗的基本定義設計，采用金剛石、φ1.588mm和φ3.175mm鋼球三種壓頭，采用60kg、100kg、150kg三種試驗力。GB/T230-91《金屬洛氏硬度試驗方法》中擴展為HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRK、HRH九個標尺。

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A標尺采用金剛石壓頭，60kg的載荷，測量范圍為20~88HRA。適用于測定堅硬或薄硬材料的硬度。如硬質(zhì)合金、滲碳后淬硬鋼、經(jīng)硬化處理的薄鋼帶、薄鋼板等。

C標尺采用金剛石壓頭，150kg的載荷，測量范圍為20～70HRC。當試樣硬度低于20HRC時，金剛石壓頭壓入試樣過深，由于壓頭幾何形狀所造成的誤差增大，測量結(jié)果不準確，一般要選用B標尺；當試樣硬度大于70HRC時，壓頭尖端產(chǎn)生的壓力過大，金剛石容易損壞，一般采用檢測力較小，壓入很深度較小的A標尺。適應于炭鋼、工具鋼及合金鋼等經(jīng)過淬火及回火處理的試樣的硬度試驗。

B標尺采用鋼球壓頭，100kg的載荷，硬度范圍為20～100HRB，當試樣硬度小于20HRB時，多數(shù)情況下金屬開始蛹變，變形延續(xù)很長時間，測量結(jié)果不容易準確；當試樣硬度大于100HRB時，由于鋼球壓頭可能變形，以及壓入深度太小．影響精確測量，均可能造成誤差。用來測量有色金屬、合金及退火鋼等低硬度零件的硬度。洛氏硬度標尺選用原則：第25頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

二）試樣（1）試樣的表面應光滑平整，不應有氧化皮及污物，尤其不應有油脂。試樣表面應能保證壓痕直徑的精確測量，表面粗糙度只Ra一般不應低于0.80um（2）試樣的厚度至少應為壓痕深度的10倍，兩壓痕中心距至少為壓痕直徑的4倍，不小于2mm（3）每個試樣上的檢測點數(shù)不少于四點（第一點不記），大批量檢測可適當減少。d.洛氏硬度檢測及注意事項：一）試驗設備的校驗：壓頭、載荷、試驗臺等

三）對圓柱面和球面上測得洛氏硬度值，應進行修正四）結(jié)果書寫洛氏硬度符號HR，HR前面為硬度數(shù)值，后面為使用的標尺。如50HRC第26頁,共41頁，2024年2月25日，星期天e.洛氏硬度檢測特點及應用范圍1.洛氏硬度檢測操作簡便，迅速，工作效率高。2.由于使用檢測力小，產(chǎn)生的壓痕比布氏硬度檢測的壓痕小，因而對制件表面沒有明顯的損傷。3.由于使用金剛石壓頭和兩種直徑的鋼球作為壓頭，有三種檢測力共計九中標尺，可以測量從較軟到較硬材料的硬度，使用范圍廣。4.再者有預檢測力，所以試樣表面輕微的不平度對硬度值的影響比布氏、維氏小。因此，適用于成批生產(chǎn)大量檢測的機械、冶金熱加工過程中以及半成品或成品的檢驗。特別適用于刃具、模具、量具、工具等成品的檢測。第27頁,共41頁，2024年2月25日，星期天3、維氏硬度試驗：維氏硬度試驗原理維氏硬度計及其檢測方法維氏硬度的特點及其應用范圍維氏硬度檢測注意事項第28頁,共41頁，2024年2月25日，星期天1.試驗原理1.1在規(guī)定的試驗力作用下，將頂部兩相對面夾角為1360的金剛石正四棱錐體壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕對角線長度，見圖1－1。維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得之商表示。壓痕被視為具有正方形基面并與壓頭角度相同的理想形狀．圖1－1維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕第29頁,共41頁，2024年2月25日，星期天1.2維氏硬度計算公式：第30頁,共41頁，2024年2月25日，星期天1.3維氏硬度試驗分類及表示方法分類：維氏硬度試驗按試驗力大小的不同，細分為三種試驗，即：維氏硬度試驗、小負荷維氏硬度試驗和顯微維氏硬度試驗。見表3-1．表3-1維氏硬度試驗的三種方法第31頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

維氏硬度表示方法：維氏硬度符號HV前面的數(shù)值為所測硬度值，后面為試驗力值。維氏硬度試驗時，試驗力保持時間為10～15s。如果選用這個時間以外的時間，在力值后面還需注上保持時間。例如：640HV30——采用294N(30kg)的試驗力，保持10～15s時得到的硬度值為640；

640HV30/20——采用294．2N(30kg)的試驗力，保持20s時得到的硬度值為640。第32頁,共41頁，2024年2月25日，星期天維氏硬度計2.1硬度計維氏硬度計一般分為固定式硬度計及便攜式硬度計兩種，其中主要是固定式；又分為直接加力式及杠桿式硬度計?；鶞始皹藴视捕扔嫗橹苯蛹恿κ?；工作硬度計多為杠桿式。硬度計由下列部分組成：機體及工作臺、加力機構、壓痕測量裝置。2維氏硬度計及其檢測方法第33頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

試驗力的選擇要根據(jù)試樣的厚度和預期的硬度范圍而定。在試樣或零件有足夠厚度的情況下，宜采用較大試驗力，這樣可以獲得較大的壓痕，便于對其對角線的測量，減小測量誤差，提高試驗結(jié)果的推確性。但對于硬材料，如經(jīng)過熱處理(500Hv)的硬質(zhì)鋼材，不宜采用490.3N以上的試驗力，以免損壞金剛石壓頭；但也不宜采用使壓痕對角線長度小于0.1m的試驗力試驗，此時將明顯增大測量誤差，降低試驗的準確性。表2－1試驗力的選擇第34頁,共41頁，2024年2月25日，星期天

試驗法規(guī)定：試樣或試驗層的厚度至少為壓痕對角線長度的1.5倍。保證試驗后試樣背面不會出現(xiàn)可見的變形痕跡。根據(jù)這個關系，表2－2，2－3提出了試樣最小厚度與試驗力關系表，以供參考。表2－2第35頁,共41頁，2024年2月25日，星期天表2－3第36頁,共41頁，2024年2月25日，星期天3.維氏硬度試驗的特點及應用范圍3.1維氏硬度的相似性原理維氏硬度示值與試驗力大小無關。對于均質(zhì)材料，硬度均勻的材料，采用任何大小的試驗力所得到的壓痕