实验八  热处理对钢的组织及性能的影响（上）

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实验八  热处理对钢的组织及性能的影响

一、概述：

金属热处理是研究金属材料成分，工艺，组织性能之间关系的学科，对于金属材料施以不同热处理工艺，则其组织及性能也就各异，为了获得使用性能的最佳状态。处理在充分挖掘材料的潜力，取得最大的经济效益方面占有重要地位。

通常所说的常规热处理，系指退火，正火，淬火及回火等工艺过程。

本次实验是对选定的钢材（45钢）进行不同的热处理工艺操作。系统的观察因处理工艺不同所引起45钢金相组织的变化。并测试其性能（硬度及冲击韧性）。

热处理工艺的制定包括：

㈠ 加热温度的确定：

确定淬火加热温度的依据是钢的成分所对应的临界点。对于亚共析钢，共析钢及过共析钢来说确定淬火温度有不同的工艺原则：

亚共析钢的淬火温度是AC₃+（30~50℃）。如淬火温度过高将使淬火后得到的马氏体组织明显粗大，而是材料的机械性能变坏。淬火温度低于AC₃。则淬火后的组织中将含有未溶的自由铁素体。使得淬火后的硬度下降。但近年来的研究发现，亚温淬火（在普通淬火与回火之间插入一次或数次低于AC₂点的温度的淬火）将提高材料韧性。抑制钢的可逆回火脆性，更可贵的是降低了临界脆化温度。所以亚温淬火是一种强韧化处理的新工艺。

共析钢及过共析钢的淬火温度是；AC₁+（30-50℃），控制二次碳化物溶入奥氏体中的量（及控制淬火加热温度）可以控制马氏体的形态。当淬火温度过高。如＞Ac_cm点的温度。将使马氏体组织粗大并使残留奥氏体量明显增多。无疑这将使机械性能变差。与此同时还增加了淬火应力。使得变形及开裂的倾向加大。

常用碳钢的临界点

㈡ 加热与保温时间的确定：

⑴ 淬火加热保温时间的确定τ：

                   τ=τ1+τ2+τ3

其中：τ1：指工件入炉后到达指定温度所需的时间

          τ2：指工件透烧（当工件表面至心部温度一样时）的时间

          τ3：为组织转变所需时间

⑵ 生产实践中，箱形电阻炉加热时间的经验数据列于表（二）

表（二）

                   注：表中所列时间为升温，透烧，组织转变所需时间之和。

㈢ 淬火介质的选用：确定了淬火加热温度及加热，保温时间后，还必须选择适当的冷却介质方可达到预期的工艺目的。其依据如下图（九）所示：

图（九） 淬火介质冷却曲线图

图中表明对于试样只有在大于临界冷速V₃的速度下冷却（例如V₄，V₅）方可得到单一的马氏体组织。（从理论而言，组织中还含有残留奥氏体的成分）。而当冷速小于V₃（如V₁，V₂）时，淬火后可能得不到马氏体组织（如V₁）或得到非单一马氏体组织（如V₂）。所以选择淬火介质首先是使冷速大于临界冷速V3。然后再选造成变形及开裂倾向小者。理想的淬火介质应当是：在过冷奥氏体最容易分解的温度范围内（即“C-曲线”的鼻尖部位）具有较强的冷却速度。这样的淬火介质有较高的淬火冷却速度，又不致造成过大的淬火应力。所以淬火介质要结合具体材料的“C-曲线”来进行选择。表（三）见下页。

表（三）  常用淬火介质冷却能力表

淬火件一般必须及时回火，否则往往引起变形，开裂，甚至发生另件崩碎的现象。

另部件的使用性能不同，淬火件有低温回火（＜250℃）、中温回火（350~500℃）及高温回火（＞500℃）之分。

钢淬火后所获得的马氏体具有较高的硬度。强度和大的淬火应力。通常很少直接交付使用。随着回火温度的升高，其硬度及强度指标逐渐降低，而塑性及韧性指标逐渐上升。且使大部分淬火应力得以降低或消除。

回火的保温时间据经验数据（生产经验数据通常定为0.5~2小时）。

本次实验通过对45钢制定正常的淬火，回火工艺，并进行实际操作，测定其某些力学性能指标。结合系统观察45钢经不同热处理工艺后的组织，研究其性能变化的规律。

二、实验目的：

⒈ 实践常规热处理（淬火，回火等）工艺的制定及操作；

⒉ 解不同热处理工艺对钢的组织的影响；

⒊ 了解不同热处理工艺对钢的性能的影响。