實驗2鋼的普通熱處理及組織觀察一、實驗?zāi)康?．掌握退火、正火、淬火熱處理工藝的操作方法，掌握根據(jù)零件硬度要求來選擇回火溫度的原則。2.熟悉連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變速度對鋼的組織和硬度的影響規(guī)律；熟悉回火溫度對淬火馬氏體分解產(chǎn)物及硬度的影響。3.了解淬火鋼回火脆性發(fā)生的溫度范圍，理解回火后采用不同冷卻方式的涵義。4.對鋼熱處理后的組織進(jìn)行金相觀察。二、實驗原理鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。最基本的熱處理工藝包括退火、正火、淬火及回火。熱處理后組織的分析，要借助于等溫轉(zhuǎn)變曲線。以圖1-1共析碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線為例，圖中的V1連續(xù)冷卻速度相當(dāng)于爐冷，叫作退火。獲得粗片狀的珠光體。V2相當(dāng)于空冷，為正火。獲得較細(xì)片狀的索氏體。V3相當(dāng)于油冷，為淬火。獲得了托氏體加馬氏體的混合組織。V4相當(dāng)于水冷，為淬火。其冷卻速度大于馬氏體臨界冷速，獲得馬氏體。圖1-1共析鋼等溫冷卻曲線圖1-1共析鋼等溫冷卻曲線由獲得的組織可分析判斷硬度的大小。顯而易見，爐冷后的硬度小于空冷后的硬度，油冷后的硬度小于水冷后的硬度。1.退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻（爐冷）的熱處理工藝叫做退火。退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。一般情況下，亞共析鋼加熱至Ac3+（30～50）℃（完全退火）；共析鋼和過共析鋼加熱至Ac1+（10～20）℃（球化退火）；2.正火其方法是將鋼加熱到相變點以上完全奧氏體化后，在空氣中冷卻。正火的加熱溫度比退火高，一般為Ac3或Accm以上（30～50）℃。保溫時間主要取決于工件有效厚度和加熱爐的型式，如在箱式爐中加熱時，可以每毫米有效厚度保溫一分鐘計算。保溫后一般可在空氣中冷卻。3.淬火將鋼加熱到相變點以上，使鋼發(fā)生奧氏體化，然后保溫一定時間，以大于馬氏體臨界冷卻速度Vc的速度進(jìn)行快冷，使過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝，稱為淬火。淬火加熱溫度選擇的原則是，亞共析碳鋼為：Ac3+（30～50）℃，共析碳鋼和過共析碳鋼為：Ac1+（30～50）℃。在空氣箱式爐保溫時間按下列經(jīng)驗公式估算：碳素鋼：t=（1～1.2）H合金鋼：t=（1.2～1.5）H式中：t—保溫時間（min）H—工件有效厚度（mm）有效厚度H是指工件在受熱條件下在最快傳熱方向上的截面厚度，如圓柱體有效厚度H=D（直徑），圓盤有效厚度H=h（厚度），筒形工件有效厚度H=（D-d）/2常用淬火冷卻介質(zhì)有水、油以及鹽或堿的水溶液等。4.回火將淬火鋼重新加熱到A1以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝，稱為回火?；鼗鸬哪康氖钦{(diào)整和改善鋼的性能，穩(wěn)定工件尺寸，消除淬火內(nèi)應(yīng)力。鋼淬火后都要回火，回火溫度的選擇決定于鋼最終要求的組織和性能。按加熱溫度高低，回火可分為三類：（1）低溫回火。低溫回火溫度為150～250℃，所得組織回火馬氏體。其目的在保持鋼高硬度的條件下，使脆性有所降低，殘余內(nèi)應(yīng)力有所減小。低溫回火常用于工具、軸承、滲碳件及碳氮共滲件表面淬火件。（2）中溫回火。 中溫回火溫度為350～500℃，所得組織為回火托氏體。其目的是在鋼具有高屈服強(qiáng)度及優(yōu)良的彈性的前提下使鋼具有一定塑性和韌性。中溫回火常用于彈簧鋼。（3）高溫回火。高溫回火溫度為500～650℃，所得組織為 回火索氏體。其目的是使鋼既有較高的強(qiáng)度又有良好的塑性和韌性的綜合力學(xué)性能。我們把鋼淬火加高溫回火的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火常用于主軸、半軸、曲軸連桿、齒輪等重要零件。淬火鋼在某些溫度范圍內(nèi)回火時，鋼的韌性不僅沒有提高，反而顯著降低，這種現(xiàn)象稱為回火脆性。為了避免回火脆性的發(fā)生，對于小型工件在450℃～650℃回火后，采用快速冷卻的方法。對于大型工件只有在鋼中加入W、Mo三、實驗設(shè)備及材料1.箱式電阻爐，洛氏硬度計2.夾鉗、砂布、機(jī)油、清水等輔助實驗用品3.規(guī)格為10×15mm的45鋼、T10鋼試件各1套四、實驗步驟和方法1.熱處理操作實驗按表1-1所列工藝進(jìn)行。每班分為兩大組，每組領(lǐng)取一套試樣做好標(biāo)記。2.按表1-1進(jìn)行熱處理操作（爐溫由實驗指導(dǎo)人員預(yù)先升好）3.測試熱處理后試樣硬度值，每個試樣測三點，取其平均值，填入表1-1中。五、實驗注意事項1.放置試樣時，試樣一定要靠近熱電偶。2.夾鉗上的水和油一定要擦干才能到爐子取樣或放樣。淬火時動作要迅速，并要在領(lǐng)取介質(zhì)中不斷攪動。3.測試硬度前一定要用砂紙將試樣表面氧化皮去除并磨光。4.實驗完成后關(guān)閉電爐開關(guān)，切斷電源。六、實驗報告要求1.將所測定的全部試樣硬度值填入表1-1中。2.由實驗結(jié)果分析總結(jié)亞共析鋼、過共析鋼淬火加熱溫度的選擇原則，并論述理由；分析含碳量、淬火溫度、冷卻速度及回火溫度對碳鋼硬度的影響。4.思考題：45鋼淬火，高溫回火后的硬度為25HRC，若再進(jìn)行200℃5.根據(jù)所學(xué)知識，將各熱處理后組織填入表1-1中。表1-1實驗熱處理工藝材料熱處理工藝硬度值HRC組織加熱溫度