1、 （年 月本科综合实验论文题 目 ： 不 同 淬 火 温 度 对 材 料 组 织 性 能的 影 响学 生 姓 名 ：学 院 ： 材 料 科 学 与 工 程系 别 ： 材 料 与 冶 金 工 程专 业 ： 材 料 物 理班 级 ：指 导 教 师 ： 目录第一章 不同淬火温度对材料组织性能的影响 .11.1 实验目的 11.2 实验设备及材料 11.3 实验原理 11.4 综合实验方案与步骤 21.4.1 实验方案 21.4.2 实验步骤 2第二章 实验结果 .32.1 热处理前后性能 .32.2 试样组织照片 3第三章 实验结论与分析 .8参考文献 .10内蒙古工业大学综合实验论文1第一章 不同
2、淬火温度对材料组织性能的影响1.1 实验目的熟悉中碳钢（45 钢）的基本热处理（淬火、回火）的工艺方法；熟悉式样的制备过程（粗磨、精磨、抛光、侵蚀） ；学习利用淬火及回火前后钢件组织形貌分析影响性能原因；利用亚共析钢的热处理工艺的原理及工艺方法研究淬火、回火温度对钢件组织与物理性能（硬度、电阻率等）的影响；1.2 实验设备及材料箱式电阻炉、试样切割机、砂轮机、纱纸等抛光机、洛氏硬度计、4%的硝酸、酒精、金相显微镜双臂电桥电阻率测试仪、淬火介质 常温水、45 钢圆柱试样如下1.3 实验原理图 1-1 铁碳部分相图 图 1-2 共析钢冷却转变曲线淬火：将钢加热至临界点 Ac3 或 Ac1 以上一定
3、温度，保温后以大于临界冷却速度的内蒙古工业大学综合实验论文2速度冷却得到马氏体的热处理工艺。对于亚共析钢通常加热至 Ac3 以上 30-50。淬火介质冷却能力越大，钢的冷却速度越快，越容易超过钢的临界淬火速度，淬硬层越深，但将产生巨大的淬火应力。水的冷却能力很大，但冷却特性不好；油冷却特性较好，但冷却能力较低。回火：将淬火钢在 A1 以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺。低温回火温度约为 150-250，回火组织主要为回火马氏体，得到混合马氏体，有很高的硬度和耐磨性，提高了钢的强度和塑形，保持优良的综合力学性能。中温回火温度约 350-500，回火组织主要为回火
4、托氏体，具有较高的强度和硬度，良好的塑形和韧性。高温回火温度约 500-650，组织为回火索氏体。回火保温时间一般为 1-2 小时。淬火加热温度的选择：45 钢属于亚共析钢，在一般的热处理工艺中，奥氏体化时需要加热到 Ac3 以上 30-50 度，否则加热到双相区，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，从而导致性能严重下降淬火冷却介质的选择：45 钢是中碳钢，因而淬透性比较差，所以为了获得马氏体组织，我们需要用淬火能力比较强的水来作为淬火介质。回火温度的选择：回火马氏体：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
5、，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：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：高温回火（500-600 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。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
6、碳体颗粒。回火索氏体具有较好的综合性能。内蒙古工业大学综合实验论文3注意：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的基体上；而直接冷却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。1.4 综合实验方案与步骤1.4.1 实验方案表 1-1 45 号钢热处理工艺表试样编号 淬火温度/保温时间/min冷却介质 回火温度/回火时间/min1 750 30 水 200 602 750 30 水 400 603 840 30 水 200 604 840 30 水 400 605 840 30 水 650 606 900 30 水 200 6
7、01.4.2 实验步骤用双臂电桥测量未经处理的直径 10mm 的 45 号钢的电阻率，并截取一段测量其洛氏硬度；调节仪表温度到所需温度，加热到该温度将试样放入；加热并进行保温半小时；将试样垂直催入水中，不断移动试样，注意试样不能露出水面；用双臂电桥分别测量编号为 1、3、6 试样的电阻率，截取此三个编号试样各一段测量其洛氏硬度；按表 1-1 将六组试样进行回火处理；测量回火后各试样的电阻率，取多个点测量洛氏硬度；将之前淬火后截取的三个试样与回火后六个试样以及原件进行打磨、抛光等处理，腐蚀后观察金相组织；对比分析 45 号钢淬火、回火前后组织、硬度、电阻率的变化规律及不同。内蒙古工业大学综合实验
8、论文4第二章 实验结果2.1 热处理前后性能表 2-1 45 号钢淬火-回火前后硬度、电阻率对比2.2 试样组织照片图 2-1 原件组织照片(F+P) 图 2-2 原件组织照片试样编号淬火前硬度（HRC）淬火前电阻率（/m）淬火温度（ ）淬火后硬度（ HRC）淬火后电阻率（ /m）回火温度（ ）回火后硬度（HRC）回火后电阻率（ /m）1 750 30 2.310-7 200 30 2.1810-72 750 30 2.310-7 400 23 2.1210-73 840 55 2.710-7 200 48 2.5710-74 840 55 2.710-7 400 33 2.2810-75 8
9、40 55 2.710-7 650 21 1.8610-7611 2.10510-7900 50 2.7110-7200 45 2.5210-7内蒙古工业大学综合实验论文5图 2-3 750淬火 图 2-4 750淬火(细针状、板条状混合 M+F）图 2-5 500 倍下 840淬火 图 2-6 1000 倍下 840淬火（混和 M+残余 A）图 2-7 900淬火 图 2-8 900淬火（粗大混M+残余 A）内蒙古工业大学综合实验论文6图 2-9 750淬火+200回火 图 2-10 750淬火+200回火（回火 M+残余 A+K）图 2-11 750淬火+400回火 图 2-12 750淬
10、火+400回火（回火 T）图 2-13 840淬火+200回火 图 2-14 840淬火+200回火（回火 M+残余 A+K）图 2-15 840淬火+400回火 图 2-16 840淬火+400回火（回火 T）内蒙古工业大学综合实验论文7图 2-17 840淬火+650回火 图 2-18 840淬火+650回火 （回火 S）图 2-19 900淬火+200回火 图 2-20 900淬火+200回火（回火 M+残余 A+K）内蒙古工业大学综合实验论文8第三章 实验结论与分析3.1 不同淬火温度对 45 钢硬度的影响 45 号钢的组织为铁素体和珠光体，属亚共析钢。淬火过程中，钢从奥氏体状态快速冷
11、却，其扩散分解受到抑制，在低于 MS 点发生无扩散型相变生成马氏体，通过碳原子的固溶强化、相变强化以及时效强化使马氏体具有较高的的强度、硬度。本次实验中，在加热到 750保温后淬火时，由于加热温度在 Ac1-Ac3 之间，淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，使得淬火后 45 号钢的硬度和强度偏低；加热温度在 900时，处于过热状态，淬火组织为粗大的混合马氏体以及残余奥氏体，这些粗大的晶粒使得硬度比正常加热温度淬火后硬度较低。30 3055 55 55501 2 3 4 5 60102030405060750 750840 840 84090074076078080082084086088
12、0900920HRC 淬 火 温 度淬 火 温 度 和 硬 度 的 关 系试样HRC 钢经淬火后所得到的马氏体和残余奥氏体均为不稳定的组织，它们具有向稳定的铁素体和渗碳体的两相混合物组织转变的倾向。通过回火可以提高原子的活动能力，促进转变的进行。45 号钢经 200低温淬火，马氏体内的过饱和碳原子脱溶沉淀，析出与母相保持共格关系的 碳化物，得到回火马氏体，回火马氏体仍保持针片状特征，和淬火马氏体相比，回火马氏体既保持了钢的较高硬度、强度和良好的耐磨性，又提高了钢的韧性，同时显著降低了钢的淬火应力和脆性，保持优良的综合力学性能。因而在实验中可看出在 200回火的各个工件的硬度有所降低。回火马氏体
13、较淬火马氏体容易腐蚀，故在光学显微镜在呈黑色针状组织，是由马氏体分解后形成的低碳 相和弥散 碳化物组成的双相组织。但硬度有所下降，颜色比淬火马氏体要深，是暗黑色的针状组织；45 号钢经 400中温回火得到在铁素体基体中弥散分布着细小粒状的渗碳体的回火屈氏体，回火屈氏体中的铁素体仍保持原内蒙古工业大学综合实验论文9来的马氏体形态，渗碳体呈细小颗粒状，在光镜下不易分辨呈暗黑色；45 号钢经650高温回火得到回火索氏体,已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上。300以上回火，随着 碳化物变为渗碳体，共格关系遭到破坏以及渗碳体聚集长大，使硬度呈直线下降。3023483321451 2 3 4
14、 5 6051015202530354045502004002004006502000100200300400500600700HRC 回 火 温 度回 火 温 度 和 硬 度 的 关 系试样HRC 45 号钢在淬火回火前后电阻率的变化：工件经淬火后，产生大量的应力集中，马氏体转变时在晶体内部造成密度很高的晶体缺陷，C 原子占据间隙位置使得 -Fe的体心立方晶格发生正方畸变，使得钢件电阻率升高，导电性能下降，且淬火温度越高，产生的晶格畸变越大，电阻率越大；钢件经回火处理后，随着碳原子的扩散，马氏体开始发生分解，碳原子偏聚区的碳原子发生有序化，继而转变为碳化物从过饱和 固溶体中析出。随着马氏体碳
15、含量的降低，晶格畸变减小，使得电阻率有所下降，工件导电性能提高，且回火温度越高，原子扩散能力越强，扩散越均匀，工件导电性能越好，点阻率越低。在本次实验中，由于工件过长，只能纵向放入电阻炉中加热，使得靠近炉门一段加热温度不够，使得工件两端组织、性能出现差别。内蒙古工业大学综合实验论文10结论本次实验使本组成员掌握了钢件淬火、回火的工艺设定以及常用热处理仪器的操作，掌握了实验数据的分析方法，巩固了课本知识，但是本次实验还有相当的不足。首先，由于本次实验所选 45 号钢为拉伸试样，长度约 20cm，过长，在进行热处理时工件两端受热不均，使得测得的所有工件的硬度值都较标准范围低。其次，在磨件的过程中抛
16、光不太细致，使得部分工件在照相的时照片划痕较多，而且有的工件腐蚀时间过长，组织观察不明显。这些都是本次实验所发现的不足之处，希望下次能够吸取教训。内蒙古工业大学综合实验论文11参考文献1 楼秉哲.淬火温度对中碳钢的组织和强韧性的影响J.金属学报,1979,15(4):498-509.2 沈金，材料热处理与表面工程，中国矿业大学出版社，20113 李安铭， 45 钢亚温淬火工艺的研究J,金属热处理，2007,32（10）：56-584 裴广州，杨泽民，崔建忠.45 钢亚温淬火工艺对组织性能影响的研究J.能源与节能. 2014 年 5 月.5 朱晓东，孙 艳. 淬火介质与淬火加热保温时间对 45 钢硬度及组织的影响J.成都大学学报.2013 年 12 月.
