热处理12334(2800字)

来源:m.ttfanwen.com时间:2016.4.18

碳钢的热处理工艺及组织观察

一、实验目的

1、了解碳钢热处理操作。

2、研究淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的和性能(硬度)的影响。

3、观察热处理后钢的组织。

4、测试热处理前后试样的洛氏硬度。

二、实验仪器与设备

RX-12箱式电阻炉、XJP-3C双目金相显微镜、HR-150A洛氏硬度计。

三、概述

1、淬火、回火工艺参数的确定。

Fe-Fe3C状态图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。热处理工艺参数主要包括加热温度,保温时间和冷却速度。

(1)加热温度的确定:

淬火加热温度决定钢的临界点,亚共析钢,适宜的淬火温度为Ac3+30~50℃,淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。如果加热温度不足(<Ac3),淬火组织中仍保留—部分原始组织的铁素体,造成淬火硬度不足。

过共析钢,适宜的淬火温度为Acl以上30~50℃,淬火后的组织为马氏体+二次渗碳体(分布在马氏体基体内呈颗粒状)。二次渗碳体的颗粒存在,会明显增高钢的耐磨性。而且加热温度较Acm为低,这样可以保证马氏体针叶较细,从而减低脆性。

回火温度,均在Ac1以下,其具体温度根据最终要求的性能(通常根据硬度要求)而定。

(2)加热、保温时间的确定: ·

加热、保温的目的是为了使零件内外达到所要求的加热温度,完成应有的组织转变。加热、保温时间主要决定于零件的尺寸、形状、钢的成分、原始组织状态,加热介质、零件的装炉方式和装炉量以及加热温度等。本实验用园形薄片试样,在马福电炉中加热,加热温度在800~900℃之间,按直径每毫米保温一分钟计算。

回火加热保温时间,应与回火温度结合起来考虑,—般来说,低温回火时,由于所得组织并不是稳定的,内应力消除也不充分,为了使组织和内应力稳定,从而使零件在使用过程中性能与尺寸稳定,所以回火时间要长—些,不少于1.5~2小时。高温回火时间不宜过长,过长会使钢过分软化,有的钢种甚至造成严重的回火脆性,一般在0.5~1小时。本实验淬火后的试样分别不同温度回火,保温时间均在1小时内。

(3)冷却介质:

冷却介质是影响钢最终获得组织与性能的重要工艺参数,同一种碳钢,在不同冷却介质中冷却时,由于冷却速度不同,奥氏体在不同温度下发生转变,并得不同的转变产物。淬火介质主要根据所要求的组织和性能来确定。常用的介质有水、盐水、油、空气等。对碳钢而言,退火常采用随炉缓慢冷却,正火为空气中冷却,淬火为在水或盐水中冷却,回火为空气中冷却。

2、基本组织的金相特征

碳钢退火、正火后可得到平衡组织,淬火后则得各式各样的不平衡组织,这样,在研究钢热处理后的组织时,不仅要参考铁碳状态图和C一曲线,而且还要熟悉以下基本组织的金相特征。

(1)索氏体:是铁素体与片状渗碳体的机械混合物。片层分布比珠光体细密,在高倍(700×左右)显微镜下才能分辩出片层状。

(2)屈氏体:也是铁素体与片状渗碳体的机械混合物。片层分布比索氏体更细密,在一般光学显微镜下无法分辩,只能看到黑色组织如墨菊状。当其少量析出时,沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。当析出量较多时,则呈大块黑色晶粒状。只有在电子显微镜下观察才能分辩其中的片层状。

层片愈细,则塑性变形的抗力愈大,强度及硬度愈高,另一方面,塑性及韧性则有所下降。

(3)贝氏体,从金相形状看,贝氏体主要有三种形态,即羽毛状上贝氏体和针状下贝氏体、粒状贝氏体。

(a)上贝氏体基本特征:条状铁素体大致平行排列。在铁素体条间分布与铁素体条轴相平行的条状渗碳体。同时铁素体条内有较高的位错密度。

在上贝氏体中,渗碳体条间距决定于铁素体条的宽度,通常经珠光体的片间距大,且渗碳体的分布是断断续续的。

上贝氏体的强度较低,同时由于在铁素体条间存在着狭长的碳化物沉淀,使条间易于断裂,故生产中应尽量避免这一组织产生。

(b)下贝氏体:是黑色针状,有一定取向,比淬火马氏体易腐蚀,极相似于回火马氏体。 下贝氏体组织特征:针状铁素体内沉淀有碳化物,碳化物的取向与铁素体的长轴成55~60°。

(c)粒状贝氏体:在低中碳合金中,特别是连续冷却时(如正火、热扎空冷或焊接热影响区)往往出现这种组织,在等温冷却时也可能形成。其形成温度在中温转变区的较高温度。是由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。岛状组织刚形成时为富碳奥氏体,随后的转变可以有三种情况:分解为铁素体和碳化物;发生马氏体转变;仍然保持为富碳的奥氏体。

(4)马氏体:所谓马氏体就是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体组织形成按其碳含量的高低分为两种,即板条状马氏体和片状马氏体。

(a)板条状马氏体:一般低碳钢和低碳合金钢淬火后得到板条状马氏体组织,其组织特征:尺寸大致相同的细马氏体定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。在领域与领域之间位向差较大,一颗原始的奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域。条状马氏体具有较低的硬度,好的韧性。

(b)片状马氏体,含碳量较高的钢中淬火后马氏体呈片状(针状、透镜状、竹叶状)存在。它区别于条状马氏体的主要特征是:条状马氏体中毗邻的一根根马氏体是平行的、长度大致相同的狭条:而在片状马氏体中片间不互相平行,在一个奥氏体晶粒内形成的第一片马氏体

较粗大,往往横穿整个奥氏体晶粒,将奥氏体晶粒加以分割,使以后形成的马氏体片的大小受到限制。因此片状马氏体的大小不一,同时有些马氏体有一条中脊面,并在马氏体片周围有残留奥氏体存在。

片状马氏体具有高的硬度,低的韧性。

(5)回火马氏体:片状马氏体经低温回火(150~250℃)后,得到回火马氏体。它仍具有针状特征,由于有极小的碳化物析出使回火马氏体易受浸蚀,所以在光学显微镜下,颜色比淬火马氏体深。

(6)回火屈氏体:淬火钢在中温回火(350~500℃)后,得到回火屈氏体组织。其金相特征是:原来条状或片状马氏体的形态仍基本保持,第二相析出在其上。回火屈氏体中的渗碳体颗粒很细小,以致在光学显微镜下难以分辩,用电镜观察时发现渗碳体已明显长大。

(7)回火索氏体:淬火钢在高温回火(500~650℃)回火后得到回火索氏体组织。它的金相特征是:铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体。碳钢调质后回火索氏体中的铁素体已成等轴状.一般已没有针状形态。

必须指出:回火屈氏体、回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物,它的渗碳体是颗粒状的,且均匀地分布在α相基体上;而屈氏体、索氏体是奥氏体过冷时直接形成,它的渗碳体是呈片层状。回火组织较淬火组织在相同硬度下具有较高的塑性及韧性。

四、实验内容 1、实验材料 45钢、T12钢

热处理12334

热处理12334

五、实验结果分析及实验报告要求

按下列要求完成实验报告。

1)简述实验原理、实验内容、实验步骤。

2)对比分析淬火前后试样的金相组织。

3)对比分析淬火前后硬度值。

4)对比分析回火前后硬度值。

5)分析不同淬火温度对硬度的影响。

6)根据所测得的试验数据,说明分析含碳量对碳钢的组织和性能的影响规律。


第二篇:热处理方法 1700字

金属热处理工艺

退火 退火是一种金属热处理工艺,指的是将金属缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度,改善切削加工性;消除残余应力,稳定尺寸,减少变形与裂纹倾向;细化晶粒,调整组织,消除组织缺陷。准确的说,退火是一种对材料的热处理工艺,包括金属材料、非金属材料。而且新材料的退火目的也与传统金属退火存在异同。

目的:

(1) 降低硬度,改善切削加工性.

(2)消除残余应力,稳定尺寸,减少变形与裂纹倾向;

(3)细化晶粒,调整组织,消除组织缺陷。

(4)均匀材料组织和成分,改善材料性能或为以后热处理做组织准备。 回火 将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度,保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。或将淬火后的合金工件加热到适当温度,保温若干时间,然后缓慢或快速冷却。一般用于减小或消除淬火钢件中的内应力,或者降低其硬度和强度,以提高其延性或韧性。 分类:

低温回火

工件在150~250℃进行的回火。 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性,降低淬火残留应力和脆性 回火后得到回火马氏体,指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能:58~64HRC,高的硬度和耐磨性。 应用范围:刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。

中温回火

工件在350~500 ℃之间进行的回火。 目的是得到较高的弹性和屈服点,适当的韧性。回火后得到回火屈氏体,指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物(或渗碳体)的复相组织。

力学性能:35~50HRC,较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。

应用范围:弹簧、锻模、冲击工具等。

高温回火

工件在500℃以上进行的回火。

目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。 回火后得到回火索氏体,指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物(包括渗碳体)的复相组织。 力学性能:200~350HBS,较好的综合力学性能。

应用范围:广泛用于各种较重要的受力结构件,如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。 工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理,也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。

淬火

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体化,然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。 目的: 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变,得到马氏体或贝氏体组织,然后配合以不同温度的回火,以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等,从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。 将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间,随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度

及耐磨性

,因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件(如齿轮、轧辊、渗碳零件等)。通过淬火与不同温度的回火配合,可以大幅度提高金属的强度、韧性下降及疲劳强度,并可获得这些性能之间的配合(综合机械性能)以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能,如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时,原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却,奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比,马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力,当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法,淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。

正火

正火,又称常化,是将工件加热至727到912摄氏度之间以上40~60℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化,去除材料的内应力

目的:

(1)去除材料的内应力

(2)增加材料的硬度

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