热处理实验报告

《热处理实验》报告实验名称金属材料热处理实验学院高等工程师学院专业班级材E152姓名魏学源学号415181202018年6月1日目录一、实验目的..............................................................................................................................................3二、实验工艺及原理................................................................................................................................31.金属热处理..........................................................................................................................................32.热处理方法及目的............................................................................................................................33.热处理后的组织.................................................................................................................................44.硬度测量原理......................................................................................................................................6三、实验仪器与设备................................................................................................................................6四、实验步骤及具体操作：..................................................................................................................61.试样热处理..........................................................................................................................................62.硬度测量...............................................................................................................................................73.显微组织观察......................................................................................................................................7五、实验结果与分析................................................................................................................................8实验一：45号钢860°C保温30min水淬，400°C回火40分钟空冷显微组织分析.........8实验二：不同试样不同热处理后组织和性能..................................................................................91.热处理工艺对试样影响.................................................................................................................101.1淬火温度对试样影响..............................................................................................................101.2冷却速度对试样的影响.........................................................................................................111.3回火工艺对试样影响..............................................................................................................122.合金元素对试样影响......................................................................................................................152.1合金元素对热处理方法的影响...........................................................................................152.2合金元素对淬硬性的影响....................................................................................................17六、结论.....................................................................................................................................................17七、参考文献............................................................................................................................................18一、实验目的（1）熟悉基本热处理（淬火、回火）的工艺方法；（2）了解基本的金相分析方法（磨样、抛光、观察金相显微镜）；（3）练习使用洛氏硬度计；（4）熟悉和了解不同组织所对应的微观形貌；（5）分析热处理钢种（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）的对比对材料组织、性能的影响。二、实验工艺及原理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，从而改变原有的相组成以及组织结构等，从而使我们获得所要求性能的一种工艺操作，从而可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，以及表面处理和形变处理。2.热处理方法及目的2.1淬火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。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，以大幅提高钢的强度、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。2.2回火将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）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。淬火后的工件应及时回火，通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。2.3正火将工件加热到适当温度（Ac3或ACcm以上30～50℃）（见钢铁显微组织），保温后在空气中冷却的金属热处理工艺。主要作用是去除材料的内应力、降低材料的硬度，提高塑性，为接下来加工作准备。3.热处理后的组织1.淬火组织板条状马氏体（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，是许多定向平行排列、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结构，亚结构有大量的位错。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，针与针之间成一定的角度。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，并在马氏体周围有残留奥氏体。针状马氏体有较高的硬度和比较差的韧性。残余奥氏体：大约是含碳量大于0.5%的奥氏体淬火时被保留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。3.2回火组织回火马氏体：是低温回火（150-250度）组织。它保留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，容易受到侵蚀，在显微镜下呈黑色针状。低温回火后马氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈白亮色。低温回火后可以消除淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保证钢的高硬度。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。铁素体基本上保持了原马氏体形态，第二相渗碳体则析出在其中，呈极细颗粒状，用光学显微镜极难分辨。中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。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。4.硬度测量原理硬度测量主要应用洛氏硬度计，包括三个过程，加载—读数—卸载，并舍弃第一组数据，然后选择试样二个不同的位置测量二组数据，取其平均值为试样的硬度值以提高测量结果的准确性。因为第一次打硬度由于氧化铁皮和试验机适应程度问题，第一次实验数据应该舍弃，而且试验中由于洛氏硬度计自身和人为操作具有误差等原因，需要测两组数据求其平均值。三、实验仪器与设备45号钢、40CrNi、T8圆柱钢试样，高温电阻炉，手磨砂纸，水磨机，抛光机，4%的硝酸酒精溶液，洛氏硬度计，金相显微镜等。四、实验步骤及具体操作1.试样热处理（1）淬火操作：开启高温炉，将试样放在高温炉内，予以加热，加热时间定为30min。加热完