45与T10钢热处理组织和性能比较研究

201545与T10钢热处理组织和性能比较研究学生姓名：所在院系：所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：完成时间：2015年4月10日45钢与T10钢热处理组织和性能比较研究摘要为探讨热处理工艺对45钢及T10的影响，本文对45钢与T10做了退火，正火，淬火以及低温回火，中温回火，高温回火的热处理工艺处理,观察金相组织,测量布氏硬度，再对得到的数据进行系统详细的分析比较，结果表明再相同热处理下含碳量是影响45与T10在金相组织形成，硬度差异的主要因素。发现了随着含碳量的增加，钢的硬度、强度增加，塑性、韧性降低的结果。关键词：热处理，金相组织，硬度，45，T1045steelT10steelheattreatmentandresearchorganizationsandPerformanceComparisonAbstractToexploretheHeatTreatmenton45SteelandT10,thepapermadeof45steelandT10annealing,normalizing,quenchingandtempering,temperingtemperature,temperingtheheattreatmentprocess,observethemicrostructure,measuringclothhardness,andthenthedataissystematicallydetailedanalysisandcomparisonresultsshowthatthecarboncontentandthenheat-treatedatthesameaffectwithT1045formedinthemicrostructure,hardnessdifferenceofthemainfactors.Foundthatwithincreasingcarboncontentsteelhardness,strengthincreases,lowerductility,toughnessresults.Keywords:heattreatment,microstructure,hardness,45,T10I目录绪论................................................................................................................................11实验材料及方法........................................................................................................21.1实验方案..................................................................................................................21.2实验材料及设备......................................................................................................21.3实验方法.................................................................................................................32实验结果与分析........................................................................................................42.145钢与T10原始材料组织与性能分析................................................................52.245钢与T10在退火后组织与性能分析................................................................52.345钢与T10在正火后组织与性能分析................................................................62.445钢与T10在淬火后组织与性能分析................................................................72.545钢与T10在低温回火后组织与性能分析........................................................72.645钢与T10在中温回火后组织与性能分析........................................................82.745钢与T10在高温回火后组织与性能分析........................................................83结论............................................................................................................................9参考文献......................................................................................................................11致谢..............................................................................................................................121绪论人类的发展史是与金属材料的应用及其发展紧密联系着的，特别是在近代，金属材料在人类文明中更占有特殊重要的位置。据统计，目前在各种机械设备，车辆，船舶，飞机，水利电力设备，仪器仪表及国防无奇所用材料中，金属材料约占90%以上。没有各种性能符合要求的金属材料，近代文明的出现和发展是根本不可能的。[1]为了使金属材料获得所需要的性能，热处理技术发挥着重要的作用。1949年建立新中国后，全国人民积极努力的工作，热处理技术已经获得了巨大的进步。新技术，新工艺和新设备不断的被应用于生产中，如可控气氛热处理，真空热处理，，感应热处理，多元共渗，及新的淬火介质大力的推广使用；机械化程度高的热处理作业炉和热处理生产线已经在不少工厂中建立起来；在科研单位，高等学校和工厂试验中已经广泛使用近代化研究手段，如透射电子显微镜，扫描电子显微镜，电子探针，X射线衍射仪和放射性同位素等，使热处理理论得到发展，产品质量和生产率都有很大的提高。[2]许多企业在产品市场竞争中都凭借其所掌握的热处理技术来保证产品质量，赢得胜利。随着社会的快速发展，各种钢材种类需求量越来越大，要求越来越高，其中以用处最多的45和T10为例，45钢为优质碳素结构钢，优质碳素结构钢主要用于制造机械零件。故又称为机械零件用钢，经过热处理后，可以获得良好的力学性能，可以用来制造齿轮，连杆，轴类，套筒等各种零件。它的最大弱点是淬透性比较低，截面尺寸比较大和要求比较高的工件不适合采用，45钢淬火温度一般在Ac3以上30-50的温度范围内，在实际操作中一般是取上限的，偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，并且能提高功效。为了使表面的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。T10作为优质碳素结构钢，广泛用于制造各种刃具，磨具，量具等。适于制造耐磨性要求比较高，切削条件比较差且不受剧烈和突然冲击震动而需要一定的韧性和具备锋利刃口的各种工具，也可用到不受较大冲击的耐磨零件。它作为一种碳素钢，生产成本是比较低的，经过热处理以后硬度甚至能达到60HR以上，但是由于它的耐热性比较差，钢的淬透性比较低，所以在淬火加热时不应过热，应该保持细晶粒。韧性方面还可以，但是热硬性比较低，淬透性仍然不高，淬火变形比较大。前人对45及T10分别做了大量的研究，从金相组织的观察分析到硬度的测量，对它们在生产生活中最大化运用做出了突出贡献，那么本文通过对这两种钢的进一步比较分析，会不会有新的发现呢？21实验材料及方法1.1实验方案对45钢和T10分别各取6个试块样品进行热处理，热处理前分别各取一块45和T10的试样进行原始硬度以及金相组织的观察。然后分别对45和T10试样进行退火，正火，淬火以及低温回火，中温回火，高温回火的热处理，热处理期间要控制好它们的加热温度，加热速度，加热时间以及冷却时间。热处理完毕后采用布什硬度分别对每个试块进行部分，整体测试，再对每个热处理后的试样进行金相组织的观察，通过以上数据对它们进行一个系统性分析比较，从而得出合理的结论。1.2实验材料及设备本实验所用材料为45钢和T10钢45钢为优质碳素结构钢，T10为碳素工具钢，它们所含化学组织如下表1-2：表1-245与T10的化学成分[3]牌号化学成分/%CSiMnPSCrNiCu≤450.42~0.500.17~0.370.50~0.800.0350.0200.0250.250.25T100.95~1.04≤0.35≤0.400.0350.0350.0200.200.3045钢是强度较高的一种中碳优质钢，因淬透性差，常以正火状态使用，在机械性能要求较高时，采用调质处理。冷变塑性中等，退火和正火的切削加工型比调质的好。用于制造强度要求较高的零件，如齿轮，轴，活塞销等以及受力不是很大的机械加工件，锻件，冲压件等。[4]T10钢是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上。适于制造切削条件较差，耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击震动而需要一定的韧性和极具有锋利刃口的各种工具，如车刀，钻头，丝锥，扩孔刀具等。31.3实验方法热处理前必须对45和T10的两个重要的临界值Ac1和Ac3进行查询。查询数据如下表1.3：表1.2热处理临界值[5]钢号Ac1Ac345724780T10730800热处理是将金属在固态范围内加热到一定温度下，进行必要的保温，并且以适当的速度冷却至室温，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。以下是几种重要的热处理工艺的特点：退火主要分为完全退火，等温退火，球化退火，扩散退火，再结晶退火及去应力退火等，完全退火是把钢件或者毛胚加热到比Ac3略高20~30度，保温一段时间，使钢中组织完全转变成奥氏体后，缓慢冷却（随炉冷却或埋入沙、石灰中冷却）到500到600度以下出炉，在空气中冷却。[7]通过相变获得珠光体和铁素体组织。正火的原理和退火相似，唯一不同之处是正火保温一定时间后即空冷，从而得到较细珠光体的一种热处理工艺。由于正火的冷却速度快于退火，因而正火钢的组织较细一些，珠光体分散度大，铁素体的量相对少些，从而强度，硬度比退火要高一些。[8]淬火是将钢件加热到Ac3或者Ac1以上某一温度保持一定时间，完全奥氏体化后以适当方式快速冷却（保证全部奥氏体不分解），从而获得马氏体或者贝氏体的一种热处理工艺。淬火可以提高钢的强度和硬度，增加耐磨性。回火是将淬火零件重新加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火分为低温回火，中温回火，高温回火。低温回火（这里以200度为例）：这一温度回火时，马氏体的过饱和度降低，晶格畸变减轻，这种组织我们称为回火马氏体。[6]中温回火（这里以400度为例）：这一阶段碳原子的析出使过饱和的α固溶