实验二碳钢的热处理 实验目的 1、了解碳钢的基本热处理(正火、淬火及回火)工艺方法; 2、掌握冷却条件与钢性能的关系; 3、分析正火、淬火及回火温度对钢性能的影响。 二、实验原理 l、钢的退火和正火 钢的退火通常是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3以上,保温一段时间,然后 缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在低于Ar温度以下的高温区发生分解而得到比较 接近平衡状态的组织 一般中碳钢(如40、45钢)经退火后组织稳定,硬度较低(HB180~22) 有利于下一步进行切削加工 正火是将钢加热到Ac3或Acm以上30~50℃保温后进行空冷。由于冷却速 度稍快,与退火组织相比,组织中的珠光体相对量较多,且片层较细密;对低碳 钢来说,正火后提高硬度可改善切削加工性;对高碳钢则正火可消除网状渗碳体, 为下一步球化退火及淬火做准备 2、钢的淬火 淬火是将钢加热到临界温度以上30~50℃,保温后淬人各种不同的冷却介 质中快速冷却以获得淬火马氏体或下贝氏体组织。碳钢经淬火后得到淬火马氏 体、下贝氏体和少量的残余奥氏体组织。为了正确地进行钢的淬火,必须考虑下 列三个重要因素:淬火加热温度、保温时间和冷却速度。 3、钢的回火 回火是将淬火后的钢加热到临界点(Ac1)以下的某一温度,保温一定时间后 以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺 钢经淬火后得到的淬火马氏体组织是亚稳相,有转变为其它组织的趋势,同 时淬火使工件内部产生很大的内应力,导致工件变形甚至开裂。特别是一些精密 的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度,因此淬火钢必须进行回火处 理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同性能。对碳钢来说,回火工艺 的选择主要是考虑回火温度和保温时间这两个因素。在实际生产中通常以图纸上 所要求的硬度要求作为选择回火温度的依据,各种钢材的回火温度与硬度之间的 关系曲线可从有关手册中查阅。 三、实验材料及设备 1、实验材料:20钢,45钢,T12钢 2、实验设备:箱式电炉、控温仪表、洛氏硬度机、水银温度计; 3、淬火介质:水,油(使用温度约20℃)
实验二 碳钢的热处理 一、实验目的 1、了解碳钢的基本热处理（正火、淬火及回火）工艺方法； 2、掌握冷却条件与钢性能的关系； 3、分析正火、淬火及回火温度对钢性能的影响。 二、实验原理 1、钢的退火和正火 钢的退火通常是把钢加热到临界温度 Ac1 或 Ac3 以上，保温一段时间，然后 缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在低于 Ar1 温度以下的高温区发生分解而得到比较 接近平衡状态的组织。 一般中碳钢（如 40、45 钢）经退火后组织稳定，硬度较低（HB180～22） 有利于下一步进行切削加工。 正火是将钢加热到 Ac3 或 Acm 以上 30～50℃保温后进行空冷。由于冷却速 度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体相对量较多，且片层较细密；对低碳 钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性；对高碳钢则正火可消除网状渗碳体， 为下一步球化退火及淬火做准备。 2、钢的淬火 淬火是将钢加热到临界温度以上 30～50℃，保温后淬人各种不同的冷却介 质中快速冷却以获得淬火马氏体或下贝氏体组织。碳钢经淬火后得到淬火马氏 体、下贝氏体和少量的残余奥氏体组织。为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下 列三个重要因素：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。 3、钢的回火 回火是将淬火后的钢加热到临界点(Ac1)以下的某一温度，保温一定时间后 以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺。 钢经淬火后得到的淬火马氏体组织是亚稳相，有转变为其它组织的趋势，同 时淬火使工件内部产生很大的内应力，导致工件变形甚至开裂。特别是一些精密 的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，因此淬火钢必须进行回火处 理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同性能。对碳钢来说，回火工艺 的选择主要是考虑回火温度和保温时间这两个因素。在实际生产中通常以图纸上 所要求的硬度要求作为选择回火温度的依据，各种钢材的回火温度与硬度之间的 关系曲线可从有关手册中查阅。 三、实验材料及设备 1、实验材料：20 钢，45 钢，T12 钢； 2、实验设备：箱式电炉、控温仪表、洛氏硬度机、水银温度计； 3、淬火介质：水，油（使用温度约 20℃）
四、实验内容 本次实验为综合性实验,包括三部分内容,即正火实验、淬火实验及回火实 1、同一加热温度不同材料(含碳量)的正火实验; 2、同一材料(含碳量),同一冷却条件(水冷)不同加热温度的淬火实验; 3、同一材料(含碳量),同一加热温度不同冷却介质冷却的淬火实验 4、同一加热温度,同一冷却介质冷却(水冷或油冷),不同材料(含碳量)的淬 火实验; 4、同一材料(45钢)相同淬火条件不同温度的回火实验 五、实验步骤 1、淬火和正火实验步骤: 根据淬火条件不同,淬火和正火实验分五个小组进行,见表1。 (1)将试样分类,编号,以免热处理过程中混淆; (2)加热前先将全部试样测定硬度。为便于比较,一律用洛氏硬度测定; (3)将电炉升温至表1规定的温度,根据试样钢号,按照表1规定的淬火和正火 加热温度加热,保温时间按表2确定 (4)各组将淬火及正火后的试样表面用砂纸(或砂轮)去掉氧化皮并磨平,测出硬度 值(HRC)分别填入表1中 表1淬火与正火实验 20钢 45钢 T12钢 组别|加热温度冷却方式处理前硬处理后硬处理前硬处理后硬|处理前硬处理后硬 (℃) 度(HRC)度(HRC)度(HRC)度(HRC)度(HRC度(HRC 100水冷 750 水冷 860 空冷 860 油冷 860 水冷 注1~4组每种钢号各一块:5组除20、T12钢各一块外,45钢取6块,其中5块供回火用 表2碳钢在箱式电阻炉中加热时间的确定 工件形状 加热温度 圆柱形 板形 分钟/毫米直径分钟/毫米厚度分钟毫米厚度 700 2.2 800 0.8 1.2
四、实验内容 本次实验为综合性实验，包括三部分内容，即正火实验、淬火实验及回火实 验。 1、同一加热温度不同材料（含碳量）的正火实验； 2、同一材料（含碳量），同一冷却条件（水冷）不同加热温度的淬火实验； 3、同一材料（含碳量），同一加热温度不同冷却介质冷却的淬火实验； 4、同一加热温度，同一冷却介质冷却（水冷或油冷），不同材料（含碳量）的淬 火实验； 4、同一材料（45 钢）相同淬火条件不同温度的回火实验。 五、实验步骤 1、淬火和正火实验步骤： 根据淬火条件不同，淬火和正火实验分五个小组进行，见表 1。 (1)将试样分类，编号，以免热处理过程中混淆； (2)加热前先将全部试样测定硬度。为便于比较，一律用洛氏硬度测定； (3)将电炉升温至表 1 规定的温度，根据试样钢号，按照表 1 规定的淬火和正火 加热温度加热，保温时间按表 2 确定； (4)各组将淬火及正火后的试样表面用砂纸(或砂轮)去掉氧化皮并磨平，测出硬度 值(HRC)分别填入表 1 中。 表 1 淬火与正火实验 组别 加热温度 (℃) 冷却方式 20 钢 45 钢 T12 钢 处理前硬 度(HRC) 处理后硬 度(HRC) 处理前硬 度(HRC) 处理后硬 度(HRC) 处理前硬 度(HRC) 处理后硬 度(HRC) 1 1000 水冷 2 750 水冷 3 860 空冷 4 860 油冷 5 860 水冷 注 1~4 组每种钢号各一块；5 组除 20、T12 钢各一块外，45 钢取 6 块，其中 5 块供回火用。 表 2 碳钢在箱式电阻炉中加热时间的确定 加热温度 (℃) 工 件 形 状 圆柱形 方 形 板 形 分钟/毫米直径 分钟/毫米厚度 分钟/毫米厚度 700 1.5 2.2 2 800 1.0 1.5 2 900 0.8 1.2 1.6 1000 0.4 0.6 0.8
2、回火实验步骤 (1)将已经正常淬火并测过硬度的45钢试样分五个小组(见表3),做好记录; (2)各小组试样分别放人表3规定温度的炉内加热,保温30分钟,然后取出空冷 (3)用砂纸磨光试样表面,分别在洛氏硬度机上测定硬度值,将测定的硬度值分 别填人表3中。 表3回火实验 组别 回火温度(℃) 回火前硬度(HRC) 回火后硬度(HRC) 六、注意事项 1、本实验加热所用加热炉为电炉,由于炉内电阻丝距离炉膛较近,容易漏电, 所以电炉一定要接地,在放、取试样时必须先切断电源; 2、往炉中放、取试样必须使用夹钳,夹钳必须擦干,不得沾有油和水。开关炉 门要迅速,炉门打开时间不宜过长 3、试样由炉中取出淬火时,动作要迅速,以免温度下降,影响淬火质量; 4、试样在淬火液中应不断搅动,否则试样表面会由于冷却不均而出现软点; 5、淬火时水温应保持20~30℃左右,水温过高要及时换水 6、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面,去掉氧化皮后再测定硬度值。 七、实验报告要求 1、明确本次实验目的; 2、简述本次实验的实验原理 3、实验材料与实验内容 4、实验步骤; 5、分析化学成分(C%)、加热温度与冷却速度对钢性能的影响并加以讨论: 6、绘制出45钢回火温度与硬度的关系曲线图并加以讨论 7、分析实验中存在的问题; 8、实验结论
2、回火实验步骤： (1)将已经正常淬火并测过硬度的 45 钢试样分五个小组(见表 3)，做好记录； (2)各小组试样分别放人表 3 规定温度的炉内加热，保温 30 分钟，然后取出空冷； (3)用砂纸磨光试样表面，分别在洛氏硬度机上测定硬度值，将测定的硬度值分 别填人表 3 中。 表 3 回火实验 组别 1 2 3 4 5 回火温度(℃) 200 300 400 500 600 回火前硬度(HRC) 回火后硬度(HRC) 六、注意事项 1、本实验加热所用加热炉为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电， 所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源； 2、往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉 门要迅速，炉门打开时间不宜过长； 3、试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量； 4、试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点； 5、淬火时水温应保持 20~30℃左右，水温过高要及时换水； 6、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮后再测定硬度值。 七、实验报告要求 1、明确本次实验目的； 2、简述本次实验的实验原理； 3、实验材料与实验内容； 4、实验步骤； 5、分析化学成分(C%)、加热温度与冷却速度对钢性能的影响并加以讨论； 6、绘制出 45 钢回火温度与硬度的关系曲线图并加以讨论； 7、分析实验中存在的问题； 8、实验结论