1、课题一、不同热处理工艺对 45 钢组织性能的影响1、实验内容本次实验拟采用10个l0mml0mm20mm 的45 钢样（所有试样都需要在930保温30 分钟后进行了退火，以保证试样组织的一致性） ，分组分别在750、840、930的温度下保温20min 后进行正火、油淬、水淬处理，并打磨试样，通过金相组织观察比较不同热处理工艺对45 钢组织性能的影响。并结合冲击韧性实验、硬度实验来获取45 钢的机械性能、物理性能、工艺性能等，从而通过热处理工艺改变金属表面或内部组织结构，达到控制金属性能的目的。二实验材料及设备（1）实验设备加热炉、砂纸（粗细共7 种） 、钳子、砂轮机、抛光机、金相显微镜、吹风
2、机、棉球、洛氏硬度装置、摆锤式冲击试验机、淬火水槽、油槽各一只。（2）实验材料l0mml0mm20mm 的45 钢样10 个、4%硝酸酒精溶液、无水乙醇3实验步骤1、将l0mml0mm20mm 的45 钢样10 个在930保温30 分钟后随炉缓冷处理；为保证实验所用钢样的一致性，必须对给定的10 个l0mml0mm20mm 的45 钢样进行退火，选定退火温度为930，保温时间为30 分钟，然后随炉冷却。作为参考，任意取其中的一个试样作为对比试样。对该试样进行打磨、抛光，并用4%硝酸酒精腐蚀，并通过金相显微镜观察室温金相组织形貌。2、将以上剩余的9个试样分为3组，分别放于750、840、930的
3、温度下保温20min，每一组分别进行油冷、水冷和空冷处理；并打磨抛光，观察金相，得到每个试样的金相组织形貌图；3、结合冲击韧性实验测量以上试样的硬度。四、冲击韧度测试步骤1. 冲击韧度详细说明冲击韧性（ Ak ）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳 / 厘米 2 （ J/cm2 ） . 单位：J/cm2 简介：将冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面积所得的商。 对于 U 型缺口和 V 型缺口试样的冲击吸收功分别用 AKU 和 AKV 表示，它们的冲击韧性值分别用 KU 和 KV 表示。用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲
4、击 韧性以 k 表示。 一定要注意，同规格及同一温度下的冲击功值才可相互比较。只有在标准规定的条件下，才可按标准的换算方法，折算成标准冲击试样的冲击功，再相互比较。不同类型和尺寸的试样，其 ak 或 Ak 值不能直接比较。 用试样缺口处的截面积 F 去除 Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F，其单位为 kJ/m2 或 J/cm2。 2.测量程序（1）实验原理 材料冲击实验是一种动态力学实验，它是将具有一定形状和尺寸的 U 型或 V型缺口的试样，在冲击载荷作用下折断，以测定其冲击吸收功 AK 和冲击韧性值 K的一种实验方法。 冲击实验通常在摆锤式冲击试验机上进行，其原理如图
5、所示。实验时将试样放在试验机支座上，缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间。然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度 H1，使其获得一定位能 mgH1。释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为mgH2，则摆锤冲断试样失去的势能为 mgH1-mgH2。如忽略空气阻力等各种能量损失，则冲断试样所消耗的能量（即试样的冲击吸收功）为： AK = mg（H1 - H2） AK 的具体数值可直接从冲击试验机的表盘上读出，其单位力 J。将冲击吸收功 AK 除以试样缺口底部的横截面积 S N(cm2)，即可得到试样的冲击韧性值 K（J/cm2）： K = AK / S N（2）实验仪器 1) 摆锤式冲击试验机一台
6、。 4) 游标卡尺(最小刻度为 0.02mm)。 （3）实验步骤 1) 用卡尺测量缺口试样的宽度、缺口处的剩余厚度。测量三次，取其平均值。 2) 了解冲击试验机的构造、工作原理、操作方法及安全注意事项。 3) 根据所测试样冲击韧性值的大小，选择度盘刻度( 应使试样的冲击能量指示值在度盘的 10% 90%范围内)，并装好相应的摆锤。 4）不装试样，升起重摆空打一次，以校正试验机的零点位置。 5) 按“取摆”按钮，抬起并锁住摆锤；同时将指针拨至度盘的最大刻度处。 6）检查支座间距离，对金属材料间距为 40mm。 7) 将试样按规定放置在两支座上，试样支撑面紧贴在支撑块上，使冲击刀刃对准缺口试样的中
7、心。应当注意，低温冲击实验中，试样取出到冲断的总时间不得超过 5 s。若超过 5 s，则应将试样放回低温恒温箱中重新冷却。这项实验操作，既要迅速，又要沉着，特别要注意安全，防止忙乱中造成事故。所有参加实验人员应有明确分工(如负责试样冷却、做记录、操作冲击试验机等) 。进行实验时，不得在摆锤运动平面范围内站立、走动，一定要集中注意力，保持良好秩序。 8) 按下“冲击”按钮，摆锤下落，冲断试样。 9) 冲断试样后，按“制动” 按钮，使摆锤制动。 10）在度盘上读取并记录试样的冲击吸收功 AKU(或 AKV)，然后将指针拔回。 六、数据处理 1）计算缺口处的横截面积。 2) 如仅测量材料的常温冲击韧
8、性，可将几个平行试样的冲击吸收功 AKU 除以缺口底部的横截面积 SN，计算出冲击韧性值 K，然后取其算术平均值。 5、实验数据记录45 钢热处理后的洛氏硬度实验结果热处理 点 1 硬度/HRC点 2 硬度/HRC点 3 硬度/HRC平均硬度/HRC冲击韧度（ J/cm2 ）750空冷750油冷750水冷840空冷840油冷840水冷930退火930空冷930油冷930水冷六、实验数据分析对实验的图像、数据进行分析讨论，并得出结论书写报告。课题一、20Cr 的碳氮共渗1、实验内容20Cr低碳(低合金)钢，经碳氮共渗热处理后，表面(0.52.0 mm)含碳量达0.8%1.05%，而心部仍保持原含
9、碳量。淬火并低温回火后，表面组织为高碳马氏体与碳化物组成，硬度高(HRC5565)、耐磨；心部组织为低碳马氏体或低碳马氏体与铁素体等组成，硬度低(HRC43)，保持较高的塑韧性。广泛用于要求表面耐磨、心部韧的零件。本次实验拟采用l0mml0mm20mm的20Cr试样，经气体碳氮共渗，淬火，回火后形成样品进行观察，并切面的金相组织进行拍照，硬度检测，用具体实验对使用介质，渗层深度与温度和时间的关系，渗剂含量等问题找出较为适合的方案，从而改善20Cr在碳氮共渗里可能出现的一系列问题。2、实验材料及设备（1）实验设备RJJ-60-9T加热炉、砂纸（粗细共7 种） 、钳子、砂轮机、抛光机、金相显微镜、
10、吹风机、棉球、洛氏硬度装置、摆锤式冲击试验机、淬火水槽、油槽各一只（2）实验材料液化气、氨气、吸热式气体（CO21.0%，O2约0.6%，CnH2n约0.6%，CO约26%，CH4约48%，H21618%，N2余量） 、l0mml0mm20mm 的20Cr钢样10 个、4%硝酸酒精溶液、无水乙醇3、实验步骤（1）将试样放入 RJJ-60-9T 加热炉并通入实验气体，由公式 =K。为渗层深度， 为共渗时间，K 为常数，查表得知 20Cr 的 K 值为 0.38。图 1 20Cr 碳氮共渗工艺曲线（2）碳氮共渗后的淬火和回火钢件碳氮共渗后通常实行直接淬火回火，当碳氮共渗温度偏高于 850时，共渗后
11、经适当预冷再淬火，能够减少表面淬硬层中的残留奥氏体。保持表层的高硬度，经查表得知，该步骤的淬火温度约为 780820，采用的冷却介质是油，退火温度约 180，采用空气冷却。（3）处理完毕进行组织观察，看看渗层中的黑色组织是否超标，再进行硬度检测，HRC58604、部分理论依据和补充（1）碳氮共渗中的 C、N 原子如何获取渗碳剂与氮气的热分解反应，液体碳氢化合物热分解的产物以及各种气态渗碳剂都包含 CO 和甲烷两种成分，当他们与高温的钢件表面借助时，能分解出活性碳原子。氨气分解出活性碳原子2NH32N+3H2在碳氮共渗炉子里。氨气还能和神探气体相互作用产生氢氰酸NH3+COHCN+H2ONH3+
12、CH4HCN+3H2氢氰酸活泼，所以2HCNH2+2C+2N（2）氨气含量对渗层的化学成分的影响共渗截止中渗碳剂的比例队渗层中碳氮的影响甚大，随着氨量的增加，渗层氮含量提高，碳含量降低，即炉气碳势想将，露点升高，其原理是如果钢件仅仅在吸热式气体中渗碳，会发生水煤气反应H2O+COCO2+H2根据他的平衡常数 K 可计算出水蒸气的分压为PH2O=PCO2PH2K1PCO即碳氮共渗时炉气中的水蒸气含量不仅正比于 PCO2，而且将随着炉气中的氨气的含量正比的增加，从而是炉气碳势提高，露点下降（3）检测要求硬度检测将根据 GB/T 230.1-230.3 进行，其中 JB/T 3999-2007 规定硬度误差范围：单件重要工件3HRC 同一炉次工件5HRC一般工件单位4HRC 同一炉次工件7HRC淬硬层深度检测误差要求：单件重要工件0.1mm 同一炉次工件0.2mm （4）金相观察时补充需要注意渗层中的黑色组织，不可过多，此黑色组织已被公认为空洞
