不同淬火温度对材料组织性能的影响

内蒙古工业大学综合实验论文 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： 年 月1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108第一章 不同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以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的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，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，可以看到渗碳体颗粒。回火索氏体具有较好的综合性能。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/min175030水20060275030水40060384030水20060484030水40060584030水65060690030水200601.4.2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。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）1112.10510-7750302.310-7200302.1810-72750302.310-7400232.1210-73840552.710-7200482.5710-74840552.710-7400332.2810-75840552.710-7650211.8610-76900502.7110-7200452.5210-72.2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 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） 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）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） 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。 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。 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。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。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.