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1、冶金 E09240921164北京科技大学高等工程师学院刘峰金属材料及热处理试验报告一、试验名称：45 号钢热处理及其金相观看二、试验目的：（1） 生疏中碳钢45 号钢的根本热处理淬火、回火的工艺方法；（2） 练习试样的制备过程粗磨，精磨，抛光，侵蚀；（3） 练习使用金相显微镜，进一步生疏其使用方法；（4） 练习使用洛氏硬度计；（5） 生疏和了解不同组织所对应的微观形貌；（6） 通过与其他同学的热处理钢种含碳量，合金成分以及热处理工艺热处理加热温度，冷却速度的比照，分析以上这些因素对组织、性能的影响。三、试验仪器：45 号钢圆柱试样高：16cm；直径：15cm，高温电阻炉及其附属设备手套，夹子
2、，手表；淬火介质常温水，砂纸100-800 五个等级范围，打磨机，抛光机，4%的硝酸，酒精，金相显微镜等。四、试验工艺及原理：通过对 45 号钢正常淬火，即加热温度 860 度时间为 30min正常水冷淬火后得到马氏体板条状或者是板条状+针状+少量剩余奥氏体组织然后将淬火马氏体钢放在 500 度的炉中进展中温回火，时间为 40min，然后将试样以空冷的方式冷却至室温，进展粗磨，细磨，抛光，侵蚀，观看。（1） 金属热处理：金属热处理就是在固相状态下，通过温度的变化， 即加热保温冷却的方式，使原有的组织发生固态相变，从而转变原有的相组成以及组织构造等，从而使我们获得所要求性能的一种工艺操作，从而可
3、以充分发挥金属材料的潜力。常用的热处理手段有：退火，正火，淬火，回火，以及外表处理和形变处理。本次试验主要涉及到的是淬火和回火。（2） 淬火加热温度的选择：45 号钢属于亚共析钢，所以在一般的热处1理工艺中，奥氏体化时需要加热到A以上 30-50 度，否则假设加热到两C3相区，则由于淬火组织中存在软相铁素体会导致强度和硬度大大降低，从而导致性能严峻下降。（3） 淬火冷却介质的选择：45 号由于是中碳钢，因而淬透性比较差， 所以为了得到马氏体组织，我们需要用淬火力气比较强的水来来作为淬火介质。同时水温要保持在 20-30 度，以保证好的冷却效果。水温过高要准时换水。（4） 淬火组织：碳钢正常淬火
4、组织为马氏体板条状或者是板条状+ 针状+少量剩余奥氏体组织。板条状马氏体位错马氏体：低、中碳钢0.6%以下，低碳合金钢中可以形成该组织，是很多定向平行排列、取向略有差异的板条组成马氏体束，一些接近平行的马氏体束再组成马氏体块的构造，亚构造有大量的位错。板条马氏体有较低的硬度和较好的韧性。针状马氏体孪晶马氏体：高碳钢一般需要 1%以上，针状马氏体才单独存在、高碳合金钢可以形成该组织，在显微镜下，针与针之间成确定的角度。最先形成的马氏体较为粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将奥氏体加以分割，使以后形成的马氏体片的大小受到限 制，因此针状马氏体的大小不一。同时马氏体一般有一条中脊线，并在马氏体四周有残留
5、奥氏体。针状马氏体有较高的硬度和比较差的韧性。剩余奥氏体：大约是含碳量大于 0.5%的奥氏体淬火时被保存到室温不转变的亚稳的过冷奥氏体，它不易受硝酸酒精的侵蚀，在显微镜下呈白亮色，分布在马氏体之间，没有固定的形态。由于本次试验使用的是 45 号碳钢，所以剩余奥氏体的量很少。（5） 回火温度的选择：回火温度的不同直接影响回火后组织的形貌构造。回火马氏体：是低温回火150-250 度组织。它保存了原马氏体形态特征。针状马氏体回火析出了极细的碳化物，简洁受到侵蚀，在显微镜下呈黑色针状。低温回火后马氏体针变黑，而剩余奥氏体不变仍呈白亮色。低温回火后可以消退淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保证钢的高硬
6、度。回火屈氏体：是中温回火350-500 度组织。回火屈氏体是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。铁素体根本上保持了原马氏体形态，其次相渗碳体则析出在其中，呈极细颗粒状，用光学显微镜极难区分。中温回火后有很好的弹性和确定的韧性。回火索氏体：是高温回火500-650 度组织。回火索氏体是铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再结晶，呈等轴晶粒状。经充分回火的索氏体已经没有针状的形态。在大于 500 倍的光镜下，可以看到渗碳体微粒。回火索氏体具有较好的综合性能。留意：回火屈氏体、回火索氏体是淬火马氏体钢回火时的产物，它们的渗碳体是颗粒状的，且均匀地分布在铁素体
7、基体上；而直接冷却得到的索氏体和屈氏体是过冷奥氏体形成的，其渗碳体一般是层状的。回火组织在一样的硬度下具有较高的塑性和韧性。（6） 洛氏硬度计：主要包括三个过程，加载读数卸载，并选择试样三个不用的位置测量三组数据，取其平均值为试样的硬度值以提高测量结果的准确性。在本次试验中使用的洛氏硬度计由于自身具有误差等缘由，需要在最终的构造减掉HRC23 以得到最终的测量结果。五、试验步骤及具体操作：（1） 淬火操作：开启高温炉为了节约时间，试验室教师已经将炉温860 度等各个电阻炉温度调好，将试样放在高温炉内，予以加热，加热时间定为 30min。加热完毕后，试样由炉中取出淬火，动作要快速， 以免试样温度
8、有所下降，影响淬火质量，同时要将试样放在液体的中层，并不断搅动以防止试样外表冷却不均消灭软点。此外，往炉中放、取试样时必需使用夹钳，夹钳必需擦干，不得沾有油和水，开关炉门要快速，翻开炉门时间不得过长。（2） 回火操作：另选高温炉500 度，将淬火后的试样放在高温炉内，予以回火加热，加热时间定为 40min。待加热完毕后，取出试样， 放在试验室的台子上对其进展空冷，等到冷却到是室温时，就可以完毕了。留意，不行用手摸，要测试试样的温度，可将手靠近，感觉它的辐射热量。（3） 砂纸打磨：将回火后的钢样进展打磨，抛光以有利于金相观看。选择一个底面作略微的打磨，去掉氧化皮，磨平即可，另一个底面作为要观看的
9、一面一般，为了更好的争论空冷组织，选择冷却时朝上的那一面。用不同的等级的砂纸逐一打磨，每次打磨要顺着一个方向，当把上一次的痕迹打磨消退后，再换 90 度方向进展下一个方向的打磨，直到打磨到 800 等级的砂纸便可以完毕。（4） 硬度测量：将光亮的一面对上，平置于载物台上；预加载荷，按顺时针方向转动手轮，将试样与压头接触，此时观看到显示面板上有一个指示的箭头，连续旋转，直到显示已满为止，此时等待几秒钟后就会显示硬度值；卸载后，用同样的方法在试样的不同位置上测三个数据，取其平均值。（5） 打磨机打磨，抛光：利用试验室的打磨机和抛光机进展划痕的消退。在打磨机上打磨时要留意，每次都要使试样外表的划痕沿
10、着半径方向，和砂纸打磨一样，下一次的要掩盖上一次的打磨痕迹。在抛光机上进展抛光时没有这样的要求，可以在涂抹抛光膏后在一个固定方北京科技大学高等工程师学院冶金 E09240921164刘峰向，使试样在打磨机留下的痕迹沿半径方向进展抛光。抛光的时间以肉眼看不到划痕，光亮如镜面就可以停顿了。（6） 侵蚀：用棉花球蘸取硝酸液，轻轻擦拭试样外表，等到试样外表变成白灰色时，马上用大量水冲洗，然后用蘸取酒精的棉花球擦拭外表，用滤纸擦拭干净，然后将滤纸放在指定位置。（7） 利用 500 倍的光学显微镜进展观看，并拍照留图。六、试验结果和数据记录：（1） 淬火 45 号钢回火硬度测量：第一次其次次第三次平均值洛
11、氏硬度HRC36.23737.636.93（2） 淬火 45 号钢回火光学显微镜 500 倍显微观看金相组织：七、试验结果分析和总结：（1） 硬度分析：依据资料，低温回火得到的回火马氏体硬度约HRC58- 64；中温回火得到的回火屈氏体硬度约为HRC35-50；高温回火得到的回火索氏体约为HRC25-35。通过试验结果得到的硬度值为HRC36.93， 可以推断回火组织极有可能为回火屈氏体，或者是屈氏体占大局部。4北京科技大学高等工程师学院冶金 E09240921164刘峰对于 45 号钢，与水淬火钢相比，回火可以大大降低组织的硬度；油淬由于冷却速度比较小，使得在MS点以上，发生了局部的过冷奥氏
12、体转变，从而使其硬度与水淬火钢相比，有很大的降低。而空冷则由于冷却速度比较慢，碳、铁原子可以较为充分地进展集中，得到接近平衡的铁素体+珠光体组织，而且它与回火钢最大的不同就是，它的珠光体是片层状的，而回火得到的是粒状珠光体渗碳体分散在铁素体的基体上，尽管空冷的得到的组织与某一回火温度得到的组织一样， 但由于组织构造不同，从而导致其硬度较低。对于不同的回火温度， 通过作图，可以很清楚地看到，随着回火温度的上升，硬度总体变化趋势是下降的600 度的回火 45 号钢可能是数据消灭了问题，这也说明白回火温度的不同导致了组织构造的不同，也验证了我们的理 论：1当回火温度很低时，由于组织构造仍为马氏体回火
13、马氏体，所以硬度只是略有下降；2对于回火珠光体，回火温度越低， 得到的组织越细渗碳体析出颗粒越小，界面积越大，则界面的强化作用就越强，从而导致其硬度越大。此外，就奥氏体化温度对淬火钢的硬度影响而言，加热温度上升时，由于晶粒粗大，会导致淬火钢的硬度下降对 40CrNi，T8 也如此。与合金钢 40CrNi和 45 号钢相比，碳含量并无太大的变化，为0.4%相比，由于在碳钢的根底上参与了合金元素，一方面它们可以增加钢的淬透性，从而可以细化晶粒；此外，由于Cr 和Ni 的固溶强化，也使得硬度较同样热处理条件下的碳钢要大。与高碳钢T8 相比，当进展一般的热处理工艺时即加热到两相区，由于碳化物的界面强化
14、作用，会导致其硬度较高。5北京科技大学高等工程师学院冶金 E09240921164刘峰（2） 金相组织分析：在原理中已经述及各类组织的形貌，通过试验的结果，我们看到粒状的渗碳体分布在铁素体基体中，符合试验预期的结果。但通过比照其他同学的试验结果，很难从金相组织推断相的不同，除了马氏体比较简洁区格外，屈氏体和索氏体都是以粒状渗碳体分布在铁素体的基体上存在的。（3） 总结：通过本次试验，进一步加深了对金属材料热处理的工艺作用的理解。在钢样仍保持固态的状况下，通过加热到确定温度，保温，冷却这样的处理工艺，可以转变原有的组织，进而转变其性能， 如硬度和强度，塑性等。热处理过程所承受的制度不同，会对最终得到的组织有不同的影响，合理选择热处理制度加热温度，冷却介质等，可以得到符合我们需要性能的最终组织构造。热处理中的四把火“正火”，“退火”，“淬火”，“回火”尤其是淬火和回火相结合可以得到我们想要的强度，硬度，塑性，韧性相互补的组织，在实际生产中有格外广泛的应用。6