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1、 工具钢热处理工艺-组织-性能的系统分析(综合性实验)一、实验目的1.掌握工具钢热处理中成分工艺组织性能内在关系；2.通过实验，掌握材料的系统分析方法。3.了解工具钢不同工艺条件下的常见组织。二、实验原理工具钢主要用于制造各种切削刀具，模具与量具。所以要有高的硬度与耐磨性、高的强度与冲击韧性等。常用的工具钢有T10、9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V等。T10是普通碳素工具钢，淬火回火态组织为：回火马氏体颗粒状碳化物渗碳体少量剩余奥氏体。9CrSi是低合金工具钢，淬火回火态组织为：回火马氏体颗粒状碳化物渗碳体。Cr12MoV是模具钢，淬火回火态组织为：回火马氏体块状碳化物渗碳体。下面以
2、高速钢为例，介绍其热处理工艺特点,显微组织与性能的关系。铸态的高速钢的显微组织黑色组织为共析相；白色组织是马氏体与剩余奥氏体；鱼骨状组织是共晶莱氏体。铸态高速钢的显微组织中，碳化物粗大，且很不均匀，不能直接使用，必须进展反复锻造。锻造后还须进展退火。退火的目的： 消除锻造应力，降低硬度便于切削加工； 为淬火组织做好组织上的准备。因为原组织为马氏体、屈氏体、或索氏体的高速钢，未经退火，淬火时可能引起萘状断口。退火温度宜为860880，加热时间为34小时左右，为了缩短退火时间，一般采用等温退火，即：860880加热34小时，炉冷到700750等温46小时。锻造退火组织：在索氏体基体上分布着粗大的初
3、生碳化物与较细的次生碳化物碳化物呈白亮点。 高速钢的淬火工艺的特点：主要是加热淬火温度高。目的是尽可能多的使碳与合金溶入奥氏体。高速钢的淬火方法有油淬、分级、等温、空冷等。以W18Cr4V为例，淬火温度在12701290，淬火组织是由6070%马氏体与2530%剩余奥氏体及接近10%的加热时未溶的碳化物组成，晶粒度910级。硬度6364HRC。当淬火温度缺乏，在12401260时，碳化物大局部未溶入奥氏体，晶粒度为1112级。硬度6263HRC。当淬火温度过高，在13001310时，碳化物数量减少，晶粒度78级。硬度6465HRC。当淬火加热温度达1320左右时，晶界开场熔化，出现共晶莱氏体与
4、共析相，此时过烧。当两次淬火之间未经充分退火，易产生萘状断口，断口呈鱼鳞状白色闪光，如萘光，晶粒粗大，或大小不匀。为了进一步减少变形并提高韧性，对于形状复杂，碳化物偏析严重的刀具可用等温淬火。等温温度为240280左右，其组织为4050%下贝氏体与20%马氏体与3545%剩余奥氏体及未溶碳化物。高速钢回火工艺的特点，主要是回火温度高，回火次数多，回火温度在560570时，硬度与强度可到达最大值。由于淬火高速钢中剩余奥氏体数量较多，经一次回火后，仍有10%的未转变，硬度6465HRC。再进展两次回火，才能根本转变完。第一次回火对淬火马氏体起回火作用，而在回火冷却中剩余奥氏体转变成马氏体时又产生了
5、新的应力，所以需要第二次回火，而第二次回火后由产生新的应力，还需要第三次回火进一步消除应力，有利于提高钢的强度与韧性，所以高速钢的典型回火规定是560，回火三次，每次1小时，回火后钢的硬度比淬火后略高，约在6366HRC，得到组织是回火马氏体与未溶碳化物与12%剩余奥氏体。三、实验设备及试样1.设备：4X型金相显微镜；洛氏硬度计。2.试样： 19CrSi、Cr12MoV的金相试样一套；2W18Cr4V经不同温度淬火回火的硬度试样一套。3W18Cr4V经不同温度回火的硬度试样一套。四、实验内容1 观察分析工具钢不同温度淬火-回火下的显微组织，见表1。观察分析高速钢不同温度淬火下的显微组织，见表2
6、。2 硬度测试：不同淬火温度的W18Cr4V试样，一样淬火温度不同回火温度的W18Cr4V试样。将试验结果填空入表3与表4。表1工具钢不同热处理工艺制度下的显微组织序号材料名称处理工艺显微组织浸蚀剂29CrSi淬火+回火回火马氏体颗粒状碳化物渗碳体3硝酸酒精溶液3W18Cr4V铸态共晶莱氏体+黑色组织+马氏体+剩余奥氏体3硝酸酒精溶液4 退火索氏体碳化物3硝酸酒精溶液51280淬火60 70%马氏体25 30%奥氏体剩余2 3%10未溶碳化物30硝酸酒精溶液61280淬火560回火三次回火马氏体+碳化物+少量剩余奥氏体3硝酸酒精溶液7Cr12MoV退火索氏体碳化物3硝酸酒精溶液8淬火+回火隐晶
7、马氏体碳化物3硝酸酒精溶液表2 W18Cr4V高速钢不同温度淬火后的金相试样淬火温度/显微组织11220隐晶马氏体剩余奥氏体未溶碳化物奥氏体晶粒不明显、碳化物极少局部溶入奥氏体21240隐晶马氏体剩余奥氏体未溶碳化物奥氏体晶粒细小、碳化物大局部未溶入奥氏体31260隐晶马氏体剩余奥氏体未溶碳化物奥氏体晶粒小、碳化物局部未溶入奥氏体41280隐晶马氏体6070剩余奥氏体253010未溶碳化物51290隐晶马氏体6572剩余奥氏体20308未溶碳化物61300隐晶马氏体剩余奥氏体未溶碳化物奥氏体晶粒粗大、碳化物数量小于5%71310隐晶马氏体剩余奥氏体未溶碳化物奥氏体晶粒异常长大、碳化物聚集到晶界
8、、呈角状81320晶界开场熔化、出现共晶莱氏体与共析相五、实验报告与综合分析1.实验目的。2.画出所观察试样的显微组织示意图，并标明材料、状态、显微组织、腐蚀剂、放大倍数。高速钢的硬度与不同淬火加热温度，以及不同回火温度的关系曲线。4.根据成分特点，以高速钢为例对热处理工艺组织性能进展系统分析。1通过对W18Cr4V各种状态显微组织的观察，在组织上如何区别铸态与过烧组织、退火与回火组织、不同温度的淬火组织、充分回火与不充分回火的组织，并进展分析其原因。2高速钢W18Cr4V的AC1在800左右，但淬火加热温度一般在12501280，淬火加热温度为什么这样高3高速钢在淬火加热时，有可能会产生欠热、过热与过烧现象，根据金相组织上的特征，进展分析4W18Cr4V在560长时间一次回火，是否可以代替3次回火？表 3 硬度与淬火温度关系表淬火温度/1220124012601280硬度淬火温度/1290130013101320硬度表 4 硬度与回火温度关系淬火温度/ 回火温度 / 200300400500570600650硬度/ HRC124012801310第 6 页