固態(tài)相變?cè)韺?shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院中心試驗(yàn)室202310試驗(yàn)一鋼的熱處理工藝及其性能分析、試驗(yàn)?zāi)康模撼醪桨盐崭緹崽幚聿僮鳌泊慊稹⒒鼗?、正火、退火等。二、概述：鋼熱處理的目的是通過(guò)加熱、保溫順冷卻三個(gè)步驟來(lái)轉(zhuǎn)變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能。熱處理時(shí)加熱溫度，保溫時(shí)間和冷卻方法是最根本的也是最重要的三個(gè)因素。是熱處理成功的最低要求。加熱溫度的選擇33

+20～30℃；即完全退火。共析鋼，1Ac+20～30℃2-113Ac+30～50℃3Accm+20～30℃2-13淬火加熱溫度：亞共析鋼加熱至Ac3

+30～50℃。共析鋼、過(guò)共析鋼加1Ac+30～50℃2-21各類(lèi)碳鋼的臨界點(diǎn)如表2-1所示：回火溫度的選擇：鋼淬火后都要求回火，回火的溫度取決于要求的組織及性能。按加熱溫度回火可分為三類(lèi):150～250℃的回火稱(chēng)為低溫回火，所得組織為回火馬氏體，60HRC。其目的是降低淬火應(yīng)力，削減鋼的脆性并保持鋼的高硬度。低溫回火一般用于切削工具、量具、滾動(dòng)軸承以及滲碳和氰化件。圖2-1 圖2-2臨界點(diǎn)℃含臨界點(diǎn)℃含碳量%Ac Ac Acm1 30.2725840——0.4725790——0.6725755——0.8725————1.0725——8001.2725——820。其目的是獲得高的彈性極限，同時(shí)有高的韌性。因此它主要用于各種彈簧，及熱鍛模具。。其目的是獲得既有肯定強(qiáng)度，硬度，又有良好沖擊韌性的綜合機(jī)械性能。所以把淬火后經(jīng)高溫回火的處理稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。保溫時(shí)間確實(shí)定為了使工件內(nèi)外各局部溫度均勻全都，并完成組織轉(zhuǎn)變，使碳化物溶解和奧氏體成份均勻化，就必需在淬火加熱溫度下保溫肯定的時(shí)間。淬火加熱時(shí)間通常是指工件在加熱過(guò)程中升溫、透燒和組織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間的總合。在具體生產(chǎn)條件下，工件加熱時(shí)間與鋼的成分，原始組織、工件幾何外形尺寸、加熱介質(zhì)、裝爐量、爐溫等很多因素有關(guān)。工件的實(shí)際加熱時(shí)間，一般應(yīng)通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)確定，也可按閱歷公式=·K·D來(lái)估算。式中為淬火加熱時(shí)間〔分鐘a為淬火加熱時(shí)間系數(shù)；K為工件裝爐時(shí)的修正系數(shù)；D為工件有效厚度〔毫米。對(duì)于火焰爐、電爐所需〔加熱及保溫時(shí)間〕大約為1分鐘/毫米，對(duì)于鹽浴爐則縮短1～2倍。合金鋼加25～40%。熱處理的冷卻方法：50正火〔又稱(chēng)?；吵惺芸諝庵欣鋮s，大件可承受吹風(fēng)冷卻淬火的冷卻是格外重要的，一方面冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證得到馬氏體，另一方面又期望冷速不要太大，以削減內(nèi)應(yīng)立，避開(kāi)變形和開(kāi)裂。這就要求淬火時(shí)在奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)〔650℃～550℃〕快冷，超過(guò)臨界Ms〔300～100℃〕點(diǎn)以下，冷卻速度較慢，抱負(fù)的冷卻速度如圖2-3所示。沒(méi)有一種淬火冷卻介質(zhì)完全滿足淬火的要求，為此需承受適當(dāng)?shù)睦鋮s1〔先水冷后油冷3，4A1MsA1A1MsA123圖2-3淬火時(shí)的抱負(fù)冷卻曲線示意圖 圖2-4各種淬火冷卻曲線示意圖如圖2-4所示。常用淬火介質(zhì)的冷卻力量如表2-2所示。淬火介質(zhì)冷卻速度℃淬火介質(zhì)冷卻速度℃/sec550～650℃區(qū)間內(nèi)200～300℃區(qū)間內(nèi)水〔18℃〕600270水〔20℃〕500270水〔50℃〕100270水〔74℃〕3020010%18℃120030010%18℃110030010%碳酸鈉水溶液800270肥皂水30200礦物油15030變壓器油12025洛氏硬度計(jì)的原理洛氏硬度是用金剛石圓錐或鋼球作壓頭，先后兩次施加載荷作用于受試金10Kg〔98.1N差產(chǎn)生的壓痕深度差，求得被測(cè)金屬的洛氏硬度。依據(jù)不同壓頭和載荷的搭配，洛氏硬度可分為假設(shè)干個(gè)標(biāo)尺，最常用的有A、B、CHRA、HRB、HRC。HRA60Kgf〔588.4N理試樣、淬火薄試樣等。其測(cè)量范圍為78～85HRA。HRB使用直徑為1/16英寸的淬火鋼球?yàn)閴侯^，總載荷為100Kgf〔981N。一般適用于退火正火鋼鑄鐵有色金屬等其測(cè)量范圍為 25～100HRB。HRC150Kg〔1471.1N20～67HRC。83mm。洛氏硬度操作簡(jiǎn)便，讀數(shù)直觀，對(duì)試樣要求不高，但試驗(yàn)精度不如布氏硬度和維氏硬度。三．試驗(yàn)內(nèi)容按表2-3品進(jìn)展硬度測(cè)定，將硬度值填入表2-3中。2-3熱處理工藝熱處理工藝硬度值材料加熱溫930860冷卻方回火溫組織法度〔℃〕HRcHRB860空冷860油冷860水冷750水冷1000水冷860水冷200860水冷400860水冷600780水冷200780水冷400780水冷600T121000水冷四．試驗(yàn)留意事項(xiàng)A．裝取試樣時(shí)爐子要斷電。裝取試樣后爐門(mén)要準(zhǔn)時(shí)關(guān)好。并馬上通電。保溫時(shí)要留意溫度掌握儀表是否正常以免跑溫或升溫速度太慢，覺(jué)察問(wèn)題報(bào)告教師檢查。淬火時(shí)要快速入油或水，并要攪動(dòng)試樣不要露出液面。熱處理后測(cè)定硬度：為便于比較，全部用洛氏硬度來(lái)測(cè)量，并將數(shù)據(jù)填寫(xiě)在表中。測(cè)硬度前要將試樣的氧化皮磨掉。熱處理后的試樣保存好，以備必要時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展分析和檢查。五.試驗(yàn)報(bào)告要求試驗(yàn)?zāi)康?，?nèi)容及試驗(yàn)結(jié)果。說(shuō)明鋼中含碳量對(duì)淬火后性能的影響。說(shuō)明淬火加熱溫度和冷卻速度對(duì)淬火后性能的影響。

以上？ccm“C”曲線。試驗(yàn)二碳鋼熱處理后的組織特征及其觀看“C”曲線。一.試驗(yàn)?zāi)康某醪桨盐仗间摕崽幚砗蟮牡湫徒M織的特征，如馬氏體、屈氏體、貝氏體等。運(yùn)用鐵碳合金狀態(tài)圖和奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析鋼經(jīng)各種熱處理后的組織。二.概述碳鋼經(jīng)不同熱處理后的組織：經(jīng)退火，正火可得到接近平衡的組織，淬火后而且更要參考“C”曲線。鐵碳狀態(tài)圖可以說(shuō)明慢冷時(shí)合金的結(jié)晶過(guò)程和室溫下的組織以及相的相對(duì)“C”曲線則能說(shuō)明肯定成分的鋼在不同冷卻條件下的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程以3-13-20.5%含碳量鋼的圖3-1鐵碳狀態(tài)圖的一角 圖3-20.5%碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼連續(xù)冷卻后的顯微組織：可以運(yùn)用奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線近似的來(lái)分析連續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變。方法是把連續(xù)冷卻時(shí)的冷卻速度曲線疊繪到等溫冷卻的3-3100%的珠光體。1234A1V1A1V1V2V4V3A3A1V1V2V3MsMfV5 V4圖3-3共析鋼連續(xù)冷卻示意圖 圖3-4亞共析鋼連續(xù)冷卻示意圖亞共析鋼連續(xù)冷卻后的顯微組織：亞共析鋼的“C”曲線與共析鋼的“C”曲線不同，在珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)頭前有一條鐵素體析出線。所以在奧氏體3-4當(dāng)奧氏體慢冷時(shí)如圖3-4中V，相當(dāng)于爐冷，所得到的組織接近平衡狀態(tài)，1為鐵素體加珠光體。隨冷卻速度增加V→V→V時(shí)，奧氏體過(guò)冷程度增大、先1 2 3這樣使共析組織中的含碳量下降，即低于共析成分，一般稱(chēng)為偽共析，由于過(guò)冷度大，其珠光體中片間距離更小，即組織更細(xì)。因此V→V→V其對(duì)應(yīng)的組織1 2 3變化為：鐵素體+珠光體→鐵素體+索氏體→鐵素體+屈氏體，其中鐵素體的量隨冷速增大而削減。V4時(shí)，析出很少量的網(wǎng)狀鐵素體和屈氏體，奧氏體則主要轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，有時(shí)可見(jiàn)到少量的貝氏體。V5超過(guò)臨界冷速時(shí)，沒(méi)有先共析鐵素體析出，全部得到馬氏體。過(guò)共析鋼的轉(zhuǎn)變與亞共析鋼相像，不同之處是亞共析鋼先析出的是鐵素體，而過(guò)共析鋼先析出的是滲碳體〔二次滲碳體。根本組織特征〔1〕索氏體〔S光體更細(xì)密，它比珠光體具有更高的硬度。T才能區(qū)分其中的片層狀。B同而不同。其組織形態(tài)主要有三種：中鐵素體的亞構(gòu)造是位錯(cuò)。下貝氏體：鋼中下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀碳化物的組織，由于ε55～65°的角度。下貝氏體中的鐵素體亞構(gòu)造是位錯(cuò)?！餐鶗?huì)消滅這種島，它原先是富碳的奧氏體區(qū)，其隨后的轉(zhuǎn)變可以有三種狀況〔a〕分解為鐵素b〕發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變〔c〕仍舊保持為富碳的奧氏體。Mα多種多樣的，歸納起來(lái)分為兩大類(lèi)即板條狀馬氏體和片狀馬氏體。板條狀馬氏體：在光學(xué)顯微鏡下，板條狀馬氏體的形態(tài)呈現(xiàn)一束束相互取向的馬氏體群。碳馬氏體，因亞構(gòu)造為位錯(cuò)，又稱(chēng)位錯(cuò)馬氏體。片狀馬氏體：在光學(xué)顯微鏡下，片狀馬氏體呈現(xiàn)針狀或竹葉狀，片間有馬氏體，依據(jù)形成溫度和亞構(gòu)造特點(diǎn)又稱(chēng)低溫馬氏體，孿晶馬氏體。針狀馬氏體。剩余奧氏體〔Ar：當(dāng)奧氏體中含碳量>0.5%時(shí)，淬火時(shí)總有肯定量的易受硝酸酒精的浸蝕，在顯微鏡下呈白亮色，在組織中較難區(qū)分出來(lái)?；鼗瘃R氏體〔Mr：高碳馬氏體經(jīng)低溫回火〔150～250℃〕后，馬氏ε由于有極細(xì)小的碳化物析出訪回火馬氏體易受侵蝕，所以在光學(xué)顯微鏡觀看時(shí)，火以后，馬氏體只發(fā)生碳原子的偏聚，尚未析出碳化物。在光學(xué)和電子顯微鏡下氏體和片狀馬氏體的混合組織，回火后其中片狀馬氏體易受侵蝕顏色變深。〔Tr350～500℃顆粒狀的滲碳體。℃回火索氏體〔S500～650℃T它是由小顆粒狀滲碳體和鐵素體組成。在光學(xué)顯微鏡下可觀看到小顆粒狀滲碳消逝。三.試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)方法指導(dǎo)觀看以下顯微樣品，并畫(huà)出組織示意圖。序號(hào)鋼號(hào)熱處理工藝腐蝕劑145860℃退火〔爐冷〕4%硝酸酒精245860℃正火〔空冷〕4%硝酸酒精345860℃油冷4%硝酸酒精445860℃水冷4%硝酸酒精545860℃200℃回火4%硝酸酒精645860℃400℃回火4%硝酸酒精745860℃600℃回火4%硝酸酒精845750℃水冷4%硝酸酒精9201200℃水冷4%硝酸酒精10T12780℃水冷4%硝酸酒精11T121200℃水冷4%硝酸酒精12T121200℃200℃回火4%硝酸酒精13T10球化退火4%硝酸酒精1465Mn1000-1050℃420℃等溫淬火4%硝酸酒精1565Mn960-990℃307℃等溫淬火4%硝酸酒精16902910℃空冷4%硝酸酒精各典型組織的照片如圖3-53-15 3-545#正火組織3-745#油淬組織3-945#750℃淬火組織3-11T12#1100℃淬火回火組織

3-645#淬火組織3-845#調(diào)質(zhì)組織3-10T12#780℃淬火組織3-12902910℃空冷組織 圖3-1320#1200℃淬火組織 圖3-1465Mn等溫淬火組織〔下貝〕3-15