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1、关于钢的热处理及硬度测量第一页，讲稿共四十一页哦一一实验目的实验目的二二实验仪器实验仪器三三实验原理实验原理四四操作步骤操作步骤五五注意事项注意事项第二页，讲稿共四十一页哦一、实验目的一、实验目的 1 1 了解热处理工艺操作；了解热处理工艺操作；2 2 研究淬火温度、冷却速度、回火温度对研究淬火温度、冷却速度、回火温度对 4545和和T10T10钢性能（硬度）的影响；钢性能（硬度）的影响；3 3 熟悉硬度计的使用方法。熟悉硬度计的使用方法。第三页，讲稿共四十一页哦二、实验仪器二、实验仪器1.1.箱式电阻炉箱式电阻炉2.2.布氏硬度计布氏硬度计3.3.洛氏硬度计洛氏硬度计4.4.维氏硬度计维氏硬
2、度计第四页，讲稿共四十一页哦三、实验原理三、实验原理 碳钢经热处理后的组织大都是不碳钢经热处理后的组织大都是不平衡组织，因此，在研究热处理后的平衡组织，因此，在研究热处理后的组织时，不但要使用铁碳相图，而且组织时，不但要使用铁碳相图，而且要用钢的过冷奥氏体转变曲线（要用钢的过冷奥氏体转变曲线（TTTTTT或或CCTCCT曲线）来分析。曲线）来分析。4545钢经不同热处理后的组织钢经不同热处理后的组织 图图1 1为为4545钢的钢的CCTCCT曲线。可用曲线。可用来分析该钢在退火、正火、淬来分析该钢在退火、正火、淬火后的组织。火后的组织。图图1 45钢的钢的CCT曲线曲线 (一一)热处理实验热处
3、理实验第五页，讲稿共四十一页哦 4545钢经完全退火后得到的组织是铁素体钢经完全退火后得到的组织是铁素体+珠光体。正火后的组珠光体。正火后的组织是铁素体织是铁素体+索氏体索氏体,如图如图2 2所示。与退火后的组织比较，正火后的组所示。与退火后的组织比较，正火后的组织中铁素体量较少，珠光体型组织细密且数量较多。织中铁素体量较少，珠光体型组织细密且数量较多。图图2 45钢的退火组织钢的退火组织 45钢的正火组织钢的正火组织 第六页，讲稿共四十一页哦 4545钢在正常加热温度下油淬，得到的组织是马氏体（板条状和针状）钢在正常加热温度下油淬，得到的组织是马氏体（板条状和针状）+屈氏体（黑色网状）屈氏体
4、（黑色网状）+少量上贝氏体（暗灰色羽毛状），如图少量上贝氏体（暗灰色羽毛状），如图3 3所示。若在水中淬火可得到全部马氏体（板条状和针状），但由所示。若在水中淬火可得到全部马氏体（板条状和针状），但由于马氏体很细小，在显微镜下不易分清其形态特征，如图于马氏体很细小，在显微镜下不易分清其形态特征，如图4 4所示。所示。图图3 45钢的油淬组织钢的油淬组织 图图4 45钢的水淬组织钢的水淬组织 第七页，讲稿共四十一页哦 4545钢水淬后钢水淬后200200回火，得到回火马氏体回火，得到回火马氏体,如图如图5 5所示。回火马所示。回火马氏体仍保持马氏体的形态特征氏体仍保持马氏体的形态特征,但容易受浸
5、浊，颜色比马氏体深。但容易受浸浊，颜色比马氏体深。图图5 45钢水淬后钢水淬后200回火组织回火组织 第八页，讲稿共四十一页哦 4545钢水淬后钢水淬后400400回火，得到回火屈氏体，如图回火，得到回火屈氏体，如图6 6所示。回火屈氏所示。回火屈氏体中的铁素体呈白亮色，但仍基本保持原来马氏体形态。回火屈氏体体中的铁素体呈白亮色，但仍基本保持原来马氏体形态。回火屈氏体中的渗碳体则呈细小粒状或细小片状分布在铁素体基体上。由于渗碳中的渗碳体则呈细小粒状或细小片状分布在铁素体基体上。由于渗碳体颗粒非常细小，而且弥散度很大，在光学显微镜下不易分清。体颗粒非常细小，而且弥散度很大，在光学显微镜下不易分清
6、。图图6 45钢水淬后钢水淬后400回火组织回火组织 第九页，讲稿共四十一页哦4545钢水淬后钢水淬后600600回火，得到回火索氏体，如图回火，得到回火索氏体，如图7 7所示。回火索氏所示。回火索氏体中的铁素体呈白亮色等轴晶粒，回火索氏体中的渗碳体呈粒体中的铁素体呈白亮色等轴晶粒，回火索氏体中的渗碳体呈粒状（比回火屈氏体中的颗粒大）分布在铁素体基体上。状（比回火屈氏体中的颗粒大）分布在铁素体基体上。图图 7 45钢水淬后钢水淬后600回火组织回火组织 第十页，讲稿共四十一页哦T10钢钢 780水淬水淬 M+A+Fe3C粒状粒状第十一页，讲稿共四十一页哦T10钢钢 780水淬水淬+200回火回
7、火 回火回火M+较少较少A+Fe3C粒粒第十二页，讲稿共四十一页哦T10钢钢 780加热加热-水冷水冷400 回火回火 T回火回火+Fe3C粒粒回火回火M转变为：转变为：在保持在保持M形态的形态的F基体上分布基体上分布 着极其细小的渗碳体颗粒着极其细小的渗碳体颗粒第十三页，讲稿共四十一页哦T10钢钢780水冷水冷+600 回火回火 S回火回火+Fe3C粒粒由原来由原来M组织形态变成组织形态变成多边形多边形F与颗粒状渗碳体与颗粒状渗碳体组成的组织称为回火组成的组织称为回火S第十四页，讲稿共四十一页哦(二)硬度实验1、布氏硬度 布氏硬度简介 布氏硬度操作原理 布氏硬度检测方法与技术条件 布氏硬度的
8、应用范围及优缺点。第十五页，讲稿共四十一页哦1.11.1布氏硬度试验操作原理布氏硬度试验操作原理1.1.11.1.1操作原理操作原理 用一定直径的钢球或硬质合金球，在规定的试验力作用下用一定直径的钢球或硬质合金球，在规定的试验力作用下压入试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，测量试样压入试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，测量试样表面压痕直径，布氏硬度值是试验力除以压痕表面积的商。表面压痕直径，布氏硬度值是试验力除以压痕表面积的商。见图见图3 31 1第十六页，讲稿共四十一页哦1.1.2计算公式计算公式布氏硬度试验采用硬质合金球压头，硬度符号为HBW；普通钢球，硬度符号为HBS布氏硬度值
9、按下式计算的：式中：F试验力，kgf；s压痕表面积，mm h压痕深度，mm2。式中：D球压头直径，mm；F试验力，N；d压痕平均直径，mm；第十七页，讲稿共四十一页哦2洛氏硬度试验洛氏硬度试验机的结构：金属洛氏硬度计是测量材料洛氏硬度的专用设备。a.根据施加试验力的方式不同洛氏硬度计可分为：1直接加荷式硬度计2杠杆式硬度计3.还有弹簧加试验力及液压加试验力等形式的硬度计。b.按照结构形式不同：还分为台式和携带式等。第十八页，讲稿共四十一页哦图11直接加荷式硬度计12杠杆式洛氏硬度计第十九页，讲稿共四十一页哦 图图1-3 洛氏硬度计的外观图洛氏硬度计的外观图第二十页，讲稿共四十一页哦便携式特点是
10、：其试验力的施加是通过螺杆和一个已校准的弹簧完成的；用刻度表测量弹簧位移来确定试验力的大小；压痕深度的测量由精密螺旋测微机构完成，硬度值的读取方式是透过放大镜读取鼓轮上的刻度线。第二十一页，讲稿共四十一页哦洛氏硬度操作原理a.测量原理及操作过程测量原理及操作过程 洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥或淬火钢球作为压头，在初试验力F0及总试验力F1先后作用下，将规定的压头压入试样表面，保持一定的时间后卸除主试验力Fl，在保留初试验力F0下测量压痕残余深度e。100（或130）减去e值即为洛氏硬度值。第二十二页，讲稿共四十一页哦b.计算公式：计算公式：为常数，用钢球压头时为130；用金刚石压头时为1
11、00。K为什么定义为130或100？根据洛氏硬度定义：一个洛氏硬度单位在特定条件下定义为0.002mm的压痕深度残余增量。第二十三页，讲稿共四十一页哦c.洛氏硬度标尺分类及选用原则洛氏硬度标尺分类及选用原则 洛氏硬度计按照洛氏硬度试验的基本定义设计，采用金刚石、1.588mm和3.175mm钢球三种压头，采用60kg、100kg、150kg三种试验力。GB/T230-91金属洛氏硬度试验方法中扩展为HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRK、HRH九个标尺。第二十四页，讲稿共四十一页哦 A标尺采用金刚石压头，60kg的载荷，测量范围为2088HRA。适用于测定坚硬或薄硬材料
12、的硬度。如硬质合金、渗碳后淬硬钢、经硬化处理的薄钢带、薄钢板等。C标尺采用金刚石压头，150kg的载荷，测量范围为2070HRC。当试样硬度低于20HRC时，金刚石压头压入试样过深，由于压头几何形状所造成的误差增大，测量结果不准确，一般要选用B标尺；当试样硬度大于70HRC时，压头尖端产生的压力过大，金刚石容易损坏，一般采用检测力较小，压入很深度较小的A标尺。适应于炭钢、工具钢及合金钢等经过淬火及回火处理的试样的硬度试验。B标尺采用钢球压头，100kg的载荷，硬度范围为20100HRB，当试样硬度小于20HRB时，多数情况下金属开始蛹变，变形延续很长时间，测量结果不容易准确；当试样硬度大于10
13、0HRB时，由于钢球压头可能变形，以及压入深度太小影响精确测量，均可能造成误差。用来测量有色金属、合金及退火钢等低硬度零件的硬度。洛氏硬度标尺洛氏硬度标尺选用原则：选用原则：第二十五页，讲稿共四十一页哦 二）试样（1）试样的表面应光滑平整，不应有氧化皮及污物，尤其不应有油脂。试样表面应能保证压痕直径的精确测量，表面粗糙度只Ra一般不应低于0.80um（2）试样的厚度至少应为压痕深度的10倍，两压痕中心距至少为压痕直径的4倍，不小于2mm（3）每个试样上的检测点数不少于四点（第一点不记），大批量检测可适当减少。d.洛氏硬度检测及注意事项：洛氏硬度检测及注意事项：一）试验设备的校验：压头、载荷、试
14、验台等 三）对圆柱面和球面上测得洛氏硬度值，应进行修正 四）结果书写 洛氏硬度符号HR，HR前面为硬度数值，后 面为使用的标尺。如50HRC第二十六页，讲稿共四十一页哦e.洛氏硬度检测特点及应用范围洛氏硬度检测特点及应用范围1.洛氏硬度检测操作简便，迅速，工作效率高。2.由于使用检测力小，产生的压痕比布氏硬度检测的压痕小，因而对制件表面没有明显的损伤。3.由于使用金刚石压头和两种直径的钢球作为压头，有三种检测力共计九中标尺，可以测量从较软到较硬材料的硬度，使用范围广。4.再者有预检测力，所以试样表面轻微的不平度对硬度值的影响比布氏、维氏小。因此，适用于成批生产大量检测的机械、冶金热加工过程中以
15、及半成品或成品的检验。特别适用于刃具、模具、量具、工具等成品的检测。第二十七页，讲稿共四十一页哦3、维氏硬度试验：维氏硬度试验原理维氏硬度计及其检测方法维氏硬度的特点及其应用范围维氏硬度检测注意事项第二十八页，讲稿共四十一页哦1.试验原理1.1 在规定的试验力作用下，将顶部两相对面夹角为1360的金刚石正四棱锥体压头压入试样表面，保持规定的时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度，见图11。维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商表示。压痕被视为具有正方形基面并与压头角度相同的理想形状图11维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕第二十九页，讲稿共四十一页哦1.2维氏硬度
16、计算公式：维氏硬度计算公式：第三十页，讲稿共四十一页哦1.3维氏硬度试验分类及表示方法维氏硬度试验分类及表示方法分类：分类：维氏硬度维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。见表见表3-13-1 表3-1维氏硬度试验的三种方法第三十一页，讲稿共四十一页哦 维氏硬度表示方法维氏硬度表示方法：维氏硬度符号：维氏硬度符号HVHV前面的数值为所测硬度前面的数值为所测硬度值，后面为试验力值。维氏硬度试验时，试验力保持时间为值，后面为试验力值。维氏硬
17、度试验时，试验力保持时间为101015s15s。如果选用这个时间以外的时间，在力值后面还需注上保持时间。如果选用这个时间以外的时间，在力值后面还需注上保持时间。例如：例如：640HV30640HV30采用采用294N(30kg)294N(30kg)的试验力，保持的试验力，保持101015s15s时时 得到的得到的硬度值为硬度值为640640；640HV30/20640HV30/20采用采用2942942N(30kg)2N(30kg)的试验力，保持的试验力，保持20s20s时得到的时得到的硬度值为硬度值为640640。第三十二页，讲稿共四十一页哦维氏硬度计维氏硬度计2.1硬度计 维氏硬度计一般分
18、为固定式硬度计及便携式硬度计两种，其中主要是固定式；又分为直接加力式及杠杆式硬度计。基准及标准硬度计为直接加力式；工作硬度计多为杠杆式。硬度计由下列部分组成：机体及工作台、加力机构、压痕测量装置。2维氏硬度计及其检测方法第三十三页，讲稿共四十一页哦 试验力的选择要根据试样的厚度和预期的硬度范围而定。在试样或零件有足够厚度的情况下，宜采用较大试验力，这样可以获得较大的压痕，便于对其对角线的测量，减小测量误差，提高试验结果的推确性。但对于硬材料，如经过热处理(500Hv)的硬质钢材，不宜采用490.3N以上的试验力，以免损坏金刚石压头；但也不宜采用使压痕对角线长度小于0.1m的试验力试验，此时将明
19、显增大测量误差，降低试验的准确性。表21试验力的选择第三十四页，讲稿共四十一页哦 试验法规定：试样或试验层的厚度至少为压痕对角线长度的试验法规定：试样或试验层的厚度至少为压痕对角线长度的1.51.5倍。保证试验后试样背面不会出现可见的变形痕迹。根据这个关系，倍。保证试验后试样背面不会出现可见的变形痕迹。根据这个关系，表表2 22 2，2 23 3提出了试样最小厚度与试验力关系表，以供参考。提出了试样最小厚度与试验力关系表，以供参考。表22第三十五页，讲稿共四十一页哦表23第三十六页，讲稿共四十一页哦3.维氏硬度试验的特点及应用范围3.1维氏硬度的相似性原理 维氏硬度示值与试验力大小无关。对于均
20、质材料，硬度均匀的材料，采用任何大小的试验力所得到的压痕形状相似，而压痕面积与其对角线平方(d)成比例，所以用任何试验力所得到的硬度值均相同，而不决定试验力的大小。但是，在进行示值比对等严格的场合下，还必须采用相同的试验力才能得到相同或可以比较的结果。避免压头及标准块表面加工硬化引起的误差。3.2压痕形状维氏硬度试验的压痕为正方形，轮廓清晰，易于瞄准测量，具有较高的测量精度。第三十七页，讲稿共四十一页哦四、操作步骤四、操作步骤 表表2 2 试验材料及处理条件试验材料及处理条件1.测定45钢经不同热处理后的各试样的硬度，绘出硬度与回火温度的关系曲线。2.综合分析热处理工艺对组织和硬度的影响。第三
21、十八页，讲稿共四十一页哦五、注意事项五、注意事项(1)(1)观察组织前，先明确材料成分、热处理条件及浸蚀剂等。观察组织前，先明确材料成分、热处理条件及浸蚀剂等。(2)(2)结合铁碳相图和相应钢种的过冷奥氏体转变曲线分析不同结合铁碳相图和相应钢种的过冷奥氏体转变曲线分析不同热处理条件下各种组织的形成过程。热处理条件下各种组织的形成过程。(3)(3)对不同热处理的组织，可采用对比的方法进行分析研究，对不同热处理的组织，可采用对比的方法进行分析研究，例如例如退火与正火、水淬与油淬、马氏体与回火马氏体、屈氏体与回火屈氏退火与正火、水淬与油淬、马氏体与回火马氏体、屈氏体与回火屈氏体、索氏体与回火索氏体、回火屈氏体与回火索氏件等。体、索氏体与回火索氏体、回火屈氏体与回火索氏件等。(4)(4)在教师的指导下测量硬度，并记录测量的全部数据如下表，供绘制在教师的指导下测量硬度，并记录测量的全部数据如下表，供绘制曲线和分析时使用。曲线和分析时使用。第三十九页，讲稿共四十一页哦热处理方案如下热处理方案如下:第四十页，讲稿共四十一页哦感谢大家观看第四十一页，讲稿共四十一页哦