實(shí)驗(yàn)三鋼的退火、正火工藝

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解鋼的退火、正火工藝方法。

2.認(rèn)識(shí)鋼退火、正火后的金相組織。

3.分析退火、正火對(duì)碳鋼性能的影響。

二、實(shí)驗(yàn)原理

鋼的退火

退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻

（通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻）的一種金屬熱處理工藝。目的是使經(jīng)

過(guò)鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化，改善塑性和韌性，使

化學(xué)成分均勻化，去除殘余應(yīng)力，或得到預(yù)期的物理性能。

常用的退火工藝有：①完全退火。用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊

接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過(guò)熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變

為奧氏體的溫度以上30?50℃,保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷

卻過(guò)程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。②球化退火，用以

降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體

的溫度以上20?40℃,保溫后緩慢冷卻，在冷卻過(guò)程中珠光體中的片層狀

滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩档土擞捕?。③等溫退火。用以降低某些銀、銘含

量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻

到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體,

硬度即可降低。④再結(jié)晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過(guò)

程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧

氏體的溫度以下50?150c,只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟

化。⑤石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄

鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950c左右，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷去〕，使

滲碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。⑥擴(kuò)散退火。用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻

化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可

能高的溫度，并長(zhǎng)時(shí)間保溫，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩

冷。⑦去應(yīng)力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵制品

加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100?200C,保溫后在空氣中冷卻，即

可消除內(nèi)應(yīng)力。

鋼的正火

將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中

冷卻的熱處理工藝稱為正火。

正火的主要目的是細(xì)化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組織。

正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫

度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻

方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大件也可

采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要

求的組織和性能。正火與退火工藝相比，其主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍

快，所以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。故退火與正火同樣能達(dá)到零件性能要

求時(shí)，盡可能選用正火。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

?每組按要求領(lǐng)取試樣。

?按照Fe—FeC3相圖確定退火加熱溫度及保溫時(shí)間，并在加熱爐面板上

完成對(duì)加熱溫度及時(shí)間的設(shè)定。

?將試樣放入爐內(nèi)，關(guān)上爐門，按下開關(guān)，開始加熱。完成熱處理之后取

出試樣。

?對(duì)熱處理后的試樣磨制、拋光和腐蝕后，進(jìn)行顯微組織觀察。

?將熱處理前后的試樣表面用砂紙(或砂輪)磨平,并分別測(cè)出洛氏硬度

值(HRC或HRB)o

將材料含碳熱處理工藝浸蝕劑硬度顯微組織特征

實(shí)量處理前處理后

驗(yàn)

數(shù)

據(jù)

填

入

表

并

繪

出

其

金

相

組

織

圖

O

序

弓

145鋼0.45860℃爐冷3%硝酸

%（退火）酒精

245鋼0.45860℃空冷3%硝酸

%（正火）酒精

四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

1.箱式電爐及控溫儀表

2.洛氏硬度計(jì)

3、試樣材料：45鋼

4.金相顯微鏡

五、注意事項(xiàng)

1.本實(shí)驗(yàn)加熱所用設(shè)備為電爐，電爐一定要接地，在放、取試樣時(shí)必須

先切斷電源。

2、往爐中放，取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油和水。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2.繪制出45鋼退火、正火前后金相組織。

3.分析實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)四鋼的淬火工藝

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解鋼的淬火工藝方法。

2.認(rèn)識(shí)鋼淬火后的金相組織。

3.分析淬火對(duì)鋼性能的影響。

二、實(shí)驗(yàn)原理

鋼的淬火

所謂淬火就是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Acl（過(guò)共析鋼）以上30?

50C,保溫后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中（V冷應(yīng)大于V臨），以獲得

馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組

O

為了正確地進(jìn)行鋼的淬火，必須考慮下列三個(gè)重要因素：淬火加熱的溫度、

保溫時(shí)間和冷卻速度。

（1）淬火溫度的選擇

選定正確的加熱溫度是保證

淬火

質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。淬火時(shí)的具體加熱溫度

主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)相

圖確定（如圖4所示）。對(duì)亞共析鋼，其

加熱溫度為+30?50C,若加熱溫

度不足（低于），則淬火組織中將出

現(xiàn)鐵素體而造成強(qiáng)度及硬度的降低。對(duì)過(guò)共析鋼，加熱溫度為+30?

50℃,淬火后可得到細(xì)小的馬氏體與粒狀滲碳體。后者的存在可提高鋼的

硬度和耐磨性。

(2)保溫時(shí)間的確定

淬火加熱時(shí)間是將試樣加熱到淬火溫度所需的時(shí)間

及在淬火溫度停留保溫所需時(shí)間的總和。加熱時(shí)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)，一般可按照經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)

估算，碳鋼在電爐中加熱時(shí)間的計(jì)算如表1所示。

表1碳鋼在箱式電爐中保溫時(shí)間的確定

工件形狀

加熱圓柱形方形板

溫度CC)保溫時(shí)間

分鐘/每毫米直徑分鐘/每毫米厚度分鐘/每毫米厚度

7001.52.23

8001.01.52

9000.81.21.6

10000.40.60.8

(3)冷卻速度的影響

冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和

性能。冷卻時(shí)應(yīng)使冷卻速度大于臨界

冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；

在這個(gè)

前提下又應(yīng)盡量緩慢冷卻，以

減少鋼中的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開

裂。為此，可根據(jù)C曲線圖(如圖2

r/s

所示），使淬火工作在過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（650?550℃）進(jìn)

行快冷（即與C曲線的“鼻尖”相切），而在較低溫度（300-100℃）時(shí)

冷卻速度則盡可能小些。

為了保證淬火效果，應(yīng)選用合適的冷卻方法（如雙液淬火、分級(jí)淬火

等）。不同的冷卻介質(zhì)在不同的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度有所差別。各種冷卻

介質(zhì)的特性見(jiàn)表2。

表2幾種常用淬火介質(zhì)的冷卻能力

在下列溫度范圍內(nèi)的冷卻速度（℃/秒）

冷卻介質(zhì)

650?550℃300?200c

18℃的水600270

50℃的水100270

10%NaCl水溶液（18C）1100300

10%NaoH水溶液（18D1200300

10%NaoH水溶液（18D800270

蒸儲(chǔ)水（50℃）250200

硝酸鹽（200℃）35010

菜籽油（50℃）20035

礦務(wù)機(jī)油（50℃）15030

變壓器油（50℃）12025

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

?每組按要求領(lǐng)取試樣。

?按照Fe—FeC3相圖確定淬火加熱溫度及保溫時(shí)間，并在加熱爐面板上

完成對(duì)加熱溫度及時(shí)間的設(shè)定o

?將試樣放入爐內(nèi)，關(guān)上爐門，按下開關(guān)，開始加熱。完成熱處理之后取

出試樣。

?對(duì)熱處理后的試樣磨制、拋光和腐蝕后，進(jìn)行顯微組織觀察。

?將熱處理前后的試樣表面用砂紙(或砂輪)磨平,并分別測(cè)出洛氏硬度

值(HRC或HRB)o

?將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表。

材編淬火工藝硬度

加熱保溫冷卻處理前處理后組織

料

號(hào)溫度時(shí)間方式(HR)(HR)

1

45#

2

3

HRB40

04

四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

1.箱式電爐及控溫儀表

2.洛氏硬度計(jì)

3.冷卻介質(zhì)：水、油(室溫)

4、試樣材料：45鋼、HRB400

5.金相顯微鏡

五、注意事項(xiàng)

L本實(shí)驗(yàn)加熱所用設(shè)備為電爐，電爐一定要接地，在放、取試樣時(shí)必須

先切斷電源。

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