1、鋼的熱處理及硬度測量,一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二實(shí)驗(yàn)儀器 三實(shí)驗(yàn)原理 四操作步驟 五注意事項(xiàng),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(duì) 45和T10鋼性能（硬度）的影響； 3 熟悉硬度計(jì)的使用方法。,二、實(shí)驗(yàn)儀器,1.箱式電阻爐 2.布氏硬度計(jì) 3.洛氏硬度計(jì) 4.維氏硬度計(jì),三、實(shí)驗(yàn)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(shí)，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1 45鋼的CCT曲線,(一)熱

2、處理實(shí)驗(yàn),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(xì)密且數(shù)量較多。,圖2 45鋼的退火組織 45鋼的正火組織,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(xì)小，在顯微鏡下不易分清其形態(tài)特征，如圖4所示。,圖3 45鋼的油淬組織,圖4 45鋼的水淬組織,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

3、濁，顏色比馬氏體深。,圖5 45鋼水淬后200回火組織,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(xì)小粒狀或細(xì)小片狀分布在鐵素體基體上。由于滲碳體顆粒非常細(xì)小，而且彌散度很大，在光學(xué)顯微鏡下不易分清。,圖6 45鋼水淬后400回火組織,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 7 45鋼水淬后600回火組織,T10鋼 780水淬 M+A + Fe3C粒狀,T10鋼 780水淬+2

4、00回火 回火M +較少A + Fe3C粒,T10鋼 780加熱-水冷400 回火 T回火+ Fe3C粒,回火M轉(zhuǎn)變?yōu)椋涸诒３諱形態(tài)的F基體上分布 著極其細(xì)小的滲碳體顆粒,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,(二) 硬度實(shí)驗(yàn),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(shù)條件 布氏硬度的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。,1.1布氏硬度試驗(yàn)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(yàn)力作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面壓痕直徑，布氏硬度值是試驗(yàn)力除以

5、壓痕表面積的商。見圖31,1.1.2計(jì)算公式,布氏硬度試驗(yàn)采用硬質(zhì)合金球壓頭，硬度符號(hào)為HBW； 普通鋼球，硬度符號(hào)為HBS 布氏硬度值按下式計(jì)算的： 式中：F試驗(yàn)力，kgf； s壓痕表面積，mm h壓痕深度，mm2。 式中：D球壓頭直徑，mm； F試驗(yàn)力，N； d壓痕平均直徑，mm；,2洛氏硬度試驗(yàn),洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)： 金屬洛氏硬度計(jì)是測量材料洛氏硬度的專用設(shè)備。 a.根據(jù)施加試驗(yàn)力的方式不同洛氏硬度計(jì)可分為： 1直接加荷式硬度計(jì) 2杠桿式硬度計(jì) 3. 還有彈簧加試驗(yàn)力及液壓加試驗(yàn)力等形式的硬度計(jì)。 b.按照結(jié)構(gòu)形式不同：還分為臺(tái)式和攜帶式等。,圖11直接加荷式硬度計(jì),12杠桿式洛氏硬度

6、計(jì),圖1-3 洛氏硬度計(jì)的外觀圖,便攜式,特點(diǎn)是：其試驗(yàn)力的施加是通過螺桿和一個(gè)已校準(zhǔn)的彈簧完成的；用刻度表測量彈簧位移來確定試驗(yàn)力的大?。粔汉凵疃鹊臏y量由精密螺旋測微機(jī)構(gòu)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。,洛氏硬度操作原理,a.測量原理及操作過程 洛氏硬度試驗(yàn)采用1200金剛石圓錐或淬火鋼球作為壓頭，在初試驗(yàn)力F0及總試驗(yàn)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(shí)間后卸除主試驗(yàn)力Fl，在保留初試驗(yàn)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。,b.計(jì)算公式：,為常數(shù)，用鋼球壓頭時(shí)為130；用金剛石壓頭時(shí)為100。,K為什么定義為13

7、0或100？,根據(jù)洛氏硬度定義： 一個(gè)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。,c.洛氏硬度標(biāo)尺分類及選用原則,洛氏硬度計(jì)按照洛氏硬度試驗(yàn)的基本定義設(shè)計(jì)，采用金剛石、1.588mm和3.175mm鋼球三種壓頭，采用60kg、100kg、150kg三種試驗(yàn)力。GB/T230-91金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法中擴(kuò)展為HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRK、HRH九個(gè)標(biāo)尺。,A標(biāo)尺采用金剛石壓頭，60kg的載荷，測量范圍為2088HRA。適用于測定堅(jiān)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(biāo)尺采用金剛石壓頭，150kg的

8、載荷，測量范圍為2070HRC。當(dāng)試樣硬度低于20HRC時(shí)，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(zhǔn)確，一般要選用B標(biāo)尺；當(dāng)試樣硬度大于70HRC時(shí)，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(biāo)尺。適應(yīng)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(yàn)。 B標(biāo)尺采用鋼球壓頭，100kg的載荷，硬度范圍為20100HRB，當(dāng)試樣硬度小于20HRB時(shí)，多數(shù)情況下金屬開始蛹變，變形延續(xù)很長時(shí)間，測量結(jié)果不容易準(zhǔn)確；當(dāng)試樣硬度大于100HRB時(shí)，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

9、、合金及退火鋼等低硬度零件的硬度。,洛氏硬度標(biāo)尺選用原則：,二）試樣 （1）試樣的表面應(yīng)光滑平整，不應(yīng)有氧化皮及污物，尤其不應(yīng)有油脂。試樣表面應(yīng)能保證壓痕直徑的精確測量，表面粗糙度只Ra一般不應(yīng)低于0.80um （2）試樣的厚度至少應(yīng)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(gè)試樣上的檢測點(diǎn)數(shù)不少于四點(diǎn)（第一點(diǎn)不記），大批量檢測可適當(dāng)減少。,d.洛氏硬度檢測及注意事項(xiàng)：,一）試驗(yàn)設(shè)備的校驗(yàn)：壓頭、載荷、試驗(yàn)臺(tái)等,三）對(duì)圓柱面和球面上測得洛氏硬度值，應(yīng)進(jìn)行修正 四）結(jié)果書寫 洛氏硬度符號(hào)HR，HR前面為硬度數(shù)值，后 面為使用的標(biāo)尺。如50HRC,e.洛氏硬度檢測

10、特點(diǎn)及應(yīng)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(duì)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(jì)九中標(biāo)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(yù)檢測力，所以試樣表面輕微的不平度對(duì)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(jī)械、冶金熱加工過程中以及半成品或成品的檢驗(yàn)。特別適用于刃具、模具、量具、工具等成品的檢測。,3、維氏硬度試驗(yàn)：,維氏硬度試驗(yàn)原理 維氏硬度計(jì)及其檢測方法 維氏硬度的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍 維氏硬度檢測注意事項(xiàng),1.試驗(yàn)原理,1.1

11、 在規(guī)定的試驗(yàn)力作用下，將頂部兩相對(duì)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(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面壓痕對(duì)角線長度，見圖11。維氏硬度值是試驗(yàn)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11,維氏硬度試驗(yàn)原理,維氏硬度壓痕,1.2維氏硬度計(jì)算公式：,1.3維氏硬度試驗(yàn)分類及表示方法,分類：維氏硬度試驗(yàn)按試驗(yàn)力大小的不同，細(xì)分為三種試驗(yàn)，即：維氏硬度試驗(yàn)、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)和顯微維氏硬度試驗(yàn)。 見表3-1,表3-1維氏硬度試驗(yàn)的三種方法,維氏硬度表示方法：維氏硬度符號(hào)HV前面的數(shù)值為所測硬度值，后面為試驗(yàn)力值。維氏硬度試驗(yàn)時(shí)，

12、試驗(yàn)力保持時(shí)間為1015s。如果選用這個(gè)時(shí)間以外的時(shí)間，在力值后面還需注上保持時(shí)間。 例如：640HV30采用294N(30kg)的試驗(yàn)力，保持1015s時(shí) 得到的硬度值為640； 640HV30/20采用2942N(30kg)的試驗(yàn)力，保持20s時(shí)得到的硬度值為640。,維氏硬度計(jì),2.1硬度計(jì) 維氏硬度計(jì)一般分為固定式硬度計(jì)及便攜式硬度計(jì)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(jì)。 基準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)為直接加力式；工作硬度計(jì)多為杠桿式。 硬度計(jì)由下列部分組成：機(jī)體及工作臺(tái)、加力機(jī)構(gòu)、壓痕測量裝置。,2維氏硬度計(jì)及其檢測方法,試驗(yàn)力的選擇要根據(jù)試樣的厚度和預(yù)期的硬度范圍而定。在試

13、樣或零件有足夠厚度的情況下，宜采用較大試驗(yàn)力，這樣可以獲得較大的壓痕，便于對(duì)其對(duì)角線的測量，減小測量誤差，提高試驗(yàn)結(jié)果的推確性。 但對(duì)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(yàn)力，以免損壞金剛石壓頭；但也不宜采用使壓痕對(duì)角線長度小于0.1m的試驗(yàn)力試驗(yàn)，此時(shí)將明顯增大測量誤差，降低試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。,表21試驗(yàn)力的選擇,試驗(yàn)法規(guī)定：試樣或試驗(yàn)層的厚度至少為壓痕對(duì)角線長度的1.5倍。保證試驗(yàn)后試樣背面不會(huì)出現(xiàn)可見的變形痕跡。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，表22，23提出了試樣最小厚度與試驗(yàn)力關(guān)系表，以供參考。,表22,表23,3.維氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,3.1維氏硬度的相似性原理 維氏硬度示值與試驗(yàn)力大小無關(guān)。對(duì)于均質(zhì)材料，硬度均勻的材料，采用任何大小的試驗(yàn)力所得到的壓痕形狀相似，而壓痕面積與其對(duì)角線平方(d)成比例，所以用任何試驗(yàn)力所得到的硬度值均相同，而不決定試驗(yàn)力的大小。 但是，在進(jìn)行示值比對(duì)等嚴(yán)格的場合下，還必須采用相同的試驗(yàn)力才能得到相同或可以比較的結(jié)果。避免壓頭及標(biāo)準(zhǔn)塊表面加工硬化引起的誤差。 3.2壓痕形狀 維氏硬度試驗(yàn)的壓痕為正方形，輪廓清晰，易于瞄準(zhǔn)測量，具有較高的測量精度。,四、操作步驟,表2 試驗(yàn)材料及處理?xiàng)l件,測定45鋼經(jīng)不同熱處理后的各試樣的硬度，繪出硬度與回火溫度的關(guān)系曲線。 綜合分析熱處理工藝對(duì)組織和硬度的影響。,五、注