毕业设计（论文）-60Si2Mn弹簧钢热处理工艺及组织性能研究.doc

毕业设计60Si2Mn弹簧钢热处理工艺及组织性能研究 学生姓名： 刘建强 学号： 112018211 系 部： 机械工程系 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 娄菊红 二一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 60Si2Mn弹簧钢热处理工艺及组织性能研究 系部： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学号： 1120182 11 学生： 刘建强 指导教师（含职称）： 娄菊红（副教授）1课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解60Si2Mn钢的概况；熟悉60Si2Mn钢的热处理工艺方法；认识60Si2Mn热处理前后金相组织；找出热处理对60Si2Mn钢组织和力学性能的影响规律，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。2主要任务（1）制定60Si2Mn钢热处理工艺，进行热处理实验。（2）制备金相试样，观察分析60Si2Mn钢热处理前后的显微组织。（3）测定60Si2Mn钢热处理前后力学性能，包括拉伸性能、硬度、冲击韧性等。（4）分析热处理工艺、组织结构与力学性能之间的关系。 (5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点 符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。3主要参考资料 1 杨凌平. 60Si2Mn的应用及热处理 J. 模具工程，2005，（6）：1-5.2 程尔泽. 60Si2Mn 弹簧钢热处理工艺与性能的关系J. 理化检验-物理分册，1997 ，33（3）：24-30. 3 金宝安，杨霄，朱国辉，等. 60Si2Mn 弹簧钢碳化物快速球化工艺研究J. 安徽工业大学学报，2011，28（1）：16-18. 4 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理M. 北京，机械工业出版社，2007：230-308.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，了解研究目的意义，制定实验方案3月 3日3月23日2完成热处理实验3月24日4月13日3完成试样制备及显微组织观察4月14日5月 4日4完成力学性能测定及实验结果分析5月 5日6月 1日5完成撰写及答辩工作6月 2日6月22日审核人： 年 月 日60Si2Mn弹簧钢热处理工艺及组织性能研究摘要:通过对同60Si2Mn弹簧钢进行不同的热处理，测定强度、硬度、塑韧性的变化情况，对比真空条件和普通条件下热处理结果分析我们可以得到，真空条件下的热处理可以有效的改善硅锰钢容易脱碳的缺陷，真空球化热处理后，材料的硬度比普通热处理高。不同条件下进行热处理的结果表明：对60Si2Mn弹簧钢进行球化退火+870淬火（油淬）+350中温回火的热处理，60Si2Mn的综合力学性能是最好的，在现有条件下是一种理想的热处理工艺。关键词：60Si2Mn弹簧钢，热处理，力学性能Heat treatment process and structure property research of 60Si2Mn spring steel Abstract：60Si2Mn spring steel with different heat treatments and test the change of strength 、 hardness 、plasticity and toughness . we can get the result that the heat trement under acuum conditiovn can defects decarburization of silicon manganese steel by comparing to acuum conditiovn and normal condition heat treatment . materials hardness is higher than the ordinary heat treatment after spheroidizing under vacuum heat treatment. the results of different heat treatments show that the 60Si2Mn spring steels comprehensive mechanical property is the best with spheroidizing annealing ，quenching under 870 in oil and tempering under 350. Under. It is a kind of ideal heat treatment process in present conditions .Keywords: 60Si2Mn spring steel , Heat treatment , Mechanicalproperty目录1 绪论11.1 研究60Si2Mn弹簧钢的目的和意义11.2 60Si2Mn弹簧钢国内外研究进展11.3 60Si2Mn弹簧钢热处理研究的内容21.3.1 弹簧钢的定义21.3.2 弹簧的服役条件31.3.3 常见弹簧钢的化学成分特点31.3.4 常见弹簧钢的分类42 热处理过程62.1 热处理62.1.1 热处理的定义62.1.2 热处理的作用62.1.3 热处理的条件72.1.4 弹簧钢的热处理方法72.2 常用热处理工艺的概念及目的82.2.1 退火82.2.2 正火82.2.3 淬火92.2.4 回火92.3 热处理工艺的制定92.3.1 热处理过程122.4 热处理前后显微组织观察152.4.1 金相试样的制备152.4.2 各热处理条件下的金相组织172.5 热处理后的力学性能242.5.1 硬度的测定242.5.2 冲击韧性的测定252.5.3拉伸实验263 实验结果与分析283.1热处理实验结果283.2 热处理实验结果的分析304 结论31参考文献31致 谢32II太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 研究60Si2Mn弹簧钢的目的和意义新中国成立以来，我国在各个方面取得了重大突破，一九七八年拉开的改革序幕，将我国与世界紧密的联系在了一起。随着改革的深入，我国在政治、文化经济等各领域取得了举世瞩目的成绩，尤其是我国的经济，经过三十多年的发展，人们的生活水平得到显著地提高，汽车成为了人们生活中必不可少的交通工具，我国是汽车产销大国，弹簧作为汽车的零部件具有非常重要的作用。弹簧的用途非常广泛，是工业生产中 必不可少的机械零件，无论是飞机、火车等庞然大物，还是非常精密的仪表都离不开它，当受到外力冲击时，弹簧发生形变吸收能量达到缓冲的目的，这就要求做弹簧的材料具有高的弹性极限。实际工作过程中弹簧一般要经受反复的冲击，是在交变应力条件下工作的，这样的工作条件就决定了弹簧必须具有高的疲劳极限和抗拉强度。生活当中，我们有多种形式的弹簧，最常见的螺旋弹簧，板簧、碟簧以及各种弹性零件，他们形状各异，为了便于制造，弹簧钢必须具有良好的塑性。1.2 60Si2Mn弹簧钢国内外研究进展在工艺生产上要求弹簧钢有良好的淬透性、不易脱碳、表面质量好等。制造弹簧钢所用主要材料是60Si2Mn1 。60Si2Mn弹簧钢属于合金钢，Si、Mn是主要的合金元素。硅锰加入钢中能够显著强化铁素体2。Si元素在钢中能显著的提高钢的强硬度、疲劳强度和屈服强度，但加入较多的硅会造成脱碳倾向和石墨化，热处理时必须注意。Mn元素能改善钢的淬透性和增强耐磨性，除此之外经适当的加工和热处理后，可提高弹性极限，使屈服比近似于1，60Si2Mn弹簧钢具有很好的综合力学性能，故一般直径稍大的弹簧多用硅锰钢制造。硅锰元素在自然界中广泛存在，60Si2Mn钢价格较为低廉，是一种应用比较广泛的弹簧钢。 60Si2Mn作为重要的工业原料有非常广泛的用途，但是它在热处理时会出现一些问题，大量的科研工作者通过大量的实验给出了他们的解决方法。当尺寸规格为25mm时不能按照常规的方法进行热处理，否则会造成严重的淬火裂纹缺陷3。其他尺寸可以按常规的热处理方法进行而在实际生产中。为了解决这一问题，耿志江等人给出了分级淬火，形变热处理等方法4。该方法能有效提高60Si2Mn弹簧钢的强韧性和使用寿命。马鸣图等人通过实验得知，一定形变量的高温热处理5。同样能使60Si2Mn的综合力学性能得到显著的提高。王月祥等人通过金相检验，宏观及微观端口分析等方法得出:造成材料力学性能检验不合格的原因之一是材料内部的氢扩散不出去6，造成偏析缺陷。目前我国研制成功一批无铬新弹簧钢，钢中加入少量的钼、微量的硼可以提高钢的淬透性，加入铌和钒可以细化晶粒从而提高韧性，为了降低脱碳敏感性，需要适当的降低硅的含量。 1.3 60Si2Mn弹簧钢热处理研究的内容 常见的金属材料组成元素不同，力学性能不同，即使组成元素相同，但各元素不同亦会造成力学性能的不同。在实际生产当中，有的材料在加工的过程当中需要提高强度硬度，有的需要降低，有的机械零件要求表具有高的强硬度，内部具有良好的塑韧性。大多数的金属材料需要经过热处理调整自身的力学性能才能满足实际的要求，对金属进行合适的热处理可以充分挖掘材料潜在的能力，在不需要开发新材料、节约开销的情况下保证零件的强度、硬度，韧性，满足生产要求。热处理是将金属材料加热到合适的温度，然后保温一定的时间后，以适当的方式冷却的一种工艺 。根据材料的特点正确选择热处理工艺参数是保证热处理工艺顺利进行，从而获得所需力学性能的前提条件，合适的热处理可以化腐朽为神奇。1.3.1 弹簧钢的定义弹簧钢是用于制造各种弹簧或减震元件的材料7。弹簧钢经过合适温度的淬火+合适温度的中温回火后具有高弹性极限，疲劳极限强度和接近于1的屈强比，常用来做螺旋弹簧，板簧，碟簧及各种弹性元件如弹簧垫，弹性挡圈等。1.3.2 弹簧的服役条件弹簧是非常重要的机械零件，应用广泛，弹簧主要在动载荷条件下工作，当遇到周期变化的循环载荷或者遇到冲击、振动时能够起到缓冲、减震、储存能量，从而使机械设备平稳的工作，同时保证机械零件不因强烈冲击而突然断裂造成严重的事故弹簧除了上述作用外。由于弹簧实现机械动作的反复运动，比如内燃机中使用到的气阀弹簧，就是利用弹簧的这个功能。燃料燃烧产生的高压达到气阀的设定值，气阀打开，气体排出，压力减低，气阀借助弹簧的弹力复位8。从上述工作情况我们不难得出要使弹簧平稳高效的工作，弹簧能够吸收大量变形功而不发生塑性变形，即弹性比功要大，弹性比功=e/2E,从公式中我们可以得出：提高弹性极限和降低材料的弹性模量都可以提高弹性比功，但是，提高弹性极限是提高弹性比功最实际、最有效的办法。工作中板簧和螺旋弹簧分别承受着交变应力和扭转应力，反复的应力作用会使得弹簧发生疲劳失效，这就要求他必须具有高的疲劳强度。弹簧在冲击载荷条件下工作，这就决定了他还必须具有一定的冲击韧性。1.3.3 常见弹簧钢的化学成分特点弹簧钢的组分要以满足各项性能为目的，常见弹簧钢的成分见表1-1。C元素是保证弹簧钢获得高强度的基本元素，在通常情况下，合金钢的含碳量一般在0.50.75，碳钢的含碳量为0.600.9，弹簧钢要求含碳量适中，碳含量太高，硬度大，塑韧性下降，不利于加工成型，同时也因缺口敏感性增大而降低了工作时的安全可靠性，含碳量太低又会造成强度下降。合金元素的加入主要是为了提高钢的弹性极限，提高钢的淬透性从而获得良好工艺性能，在钢中加入的元素常见的有Mn、Si、Cr、V、Mo、等。其中Si、Mn是强化铁素体的元素，可以提高钢的屈服强度，Si、Mn、Cr都能提高钢的淬透性，淬透横截面较大额零件，使其具有良好的机械性能，除了提高淬透性，Mo、Wu还能提高弹簧钢的回火稳定性和提高屈服强度。V、Nb还能起到细化晶粒的作用，从而同时提高钢的强度和韧性，对疲劳极限也有良好的作用。表1-1 弹簧钢的牌号、化学成分、热处理和用途钢号65708565Mn60Si2Mn50CrVA主要成分C0.620.700.620.750.820.90.620.700.560.640.460.54Mn0.500.80.50.80.50.800.91.20.60.90.50.8Si0.170.370.170.370.170.370.170.371.52.00.170.37Cr0.250.250.250.250.350.81.10热处理淬火840（油）830（油）820（油）830（油）870（油）850（油）回火500480480540480500机械性能b9811039112898112751275s78583498178511171128s9868510应用范围直径12mm15mm的小弹簧 直径25mm，例如车厢板簧，缓冲卷簧直径30mm 在钢的生产中，会不可避免的混有硫、磷等杂质，这些元素的存在会造成弹簧钢力学性能的降低，造成安全隐患，因此在钢材的生产中为了保证弹簧钢高的疲劳强度、对硫、磷的含量做了严格的规定，一般含硫量不大于0.030.045，含磷量不大于0.0350.04。1.3.4 常见弹簧钢的分类常见的的弹簧钢大致可以分为碳素弹簧钢、硅锰系列弹簧钢、锰弹簧钢和铬系列弹簧钢四大类。碳素弹簧钢的主要牌号是65钢，其经过适当的热处理后可以得到较高的强度和合适韧性，其缺陷是淬透性较差，形变之后也难以矫正，只适合于截面积较小的弹簧；锰弹簧钢的主要牌号是65Mn钢，钢中加入0.81.2Mn使得钢的淬透性提高，降低了弹簧钢的脱碳倾向，但同时会造成过热倾向。锰资源丰富，价格便宜，可用来制作截面尺寸为815mm左右的小弹簧；硅锰系列弹簧钢最典型的是60Si2Mn弹簧钢，Si、Mn元素的加入，使得铁素体得到强化，硅的加入能提高弹性极限，疲劳极限也得到提高，总的来说其综合力学性能优于猛弹簧钢。实验表明随着硅含量的提高，弹簧钢的淬透性和回火稳定性均有所提高，但随着含硅量的提高会表现出很明显的脱碳倾向，当硅、碳含量都较高时，有石墨化倾向，为了克服这些缺点，可以加入猛，基于这个原因硅锰刚得到了广泛的应用。铬系弹簧钢最典型的钢号是50CrVA，在钢中加入大约1的铬9，能同时提高淬透性和回火稳定性，加入V可以与C形成VC化合物，阻碍奥氏体晶粒的长大，晶粒得到细化，弹簧钢的强度和韧性得到提高。50CrVA钢不但有好的淬透性、高的强度，回火稳定性，在500550回火后，仍然具有高的强度极限和屈服极限，因此这类钢可以用于制造大截面且受应力较高的螺旋弹簧和工作温度不高于300摄氏度的气阀弹簧、喷油嘴等。 2 热处理的实验过程2.1 热处理2.1.1 热处理的定义热处理是将固态的钢加热到设定的温度，在该温度下保温一段时间后，以合适的速度冷却到常温的一种加工工艺10。工艺曲线见图2.1 图2.1 热处理工艺示意图2.1.2 热处理的作用热处理的目的是改变钢的内部组织结构，改善其综合性能，通过合适的热处理，可以充分挖热处掘材料性能潜力，显著提高钢的力学性能，节省材料，延长机械零件使用年限；恰当的热处理可以消除铸、锻、焊等加工过程造成的各种缺陷，消除偏析，降低内应力，细化晶粒，使钢的组织和性能更加均匀；通过热处理还可以使工件表面具有抗磨性、耐腐蚀等物化性能。热处理之所以可以化腐朽为神奇是因为经过不同温度的加热和不同速度的冷却，钢的显微组织发生了改变，正确制定热处理工艺才能保证热处理的效果。在实际生产中制定热处理工艺时可以参考铁碳相图，同时考虑时间和加热、冷却速度的影响。2.1.3 热处理的条件研究发现，只有能发生固态相变，即加热或冷却时合金元素溶解度发生显著变化或能够发生同素异构转变的合金才能用热处理的方法进行热处理11，对于某些单相合金和纯金属则只能采用加工硬化的方法强化金属。2.1.4 弹簧钢的热处理方法在实际生产中弹簧钢常用的热处理方法有两种，一种是淬火+中温回火；另一种是采用低温消除内应力。生产中到底选择哪一种热处理方式则是取决于弹簧钢供货时的状态。根据弹簧钢的生产工艺我们可以分为冷拉弹簧钢、冷压和热压弹簧钢，对于截面积尺寸较大的弹簧钢大部分采用热成型的方法制造弹簧，热成型以后，在经过合适温度的淬火+回火处理。实际应用当中还有一类截面积较小的弹簧，他们的直径小于10mm，对于这种弹簧则不用热成型，只需要铅浴后再经过冷拔塑性变形，通过形变来强化组织，使弹簧钢力学性能得到提高，这一类弹簧钢冷变形时会产生内应力，故绕制成弹簧后需低温去应力退火。热轧弹簧钢的热处理温度和时间的选则淬火加热温度和时间的选择对于Si-Mn弹簧钢而言，为了克服淬火时的氧化和脱碳，淬火温度一般选取在Ac3或Accm+308012，淬火的温度不宜太高，本实验选用870。保温时间大概30分钟左右，保温时间的选择以组织均匀化为宜。回火温度和时间的选择对弹簧钢而言要具备高的疲劳极限、弹性极限、抗拉强度、好的韧性，综合考虑各项性能后，选择淬火后加中温回火，回火温度区间为350-550，回火的时间视零件的尺寸而定，本实验回火温度选取350、440，回火时间选取1h。2.2 常用热处理工艺的概念及目的2.2.1 退火退火是将钢加热到Ac1以上或者以下的温度，然后保温一段时间后随着加热炉一起冷却至室温的一种热处理工艺13。其目的主要是获得均匀平衡的组织，细化晶粒。消除加工硬化产生的内应力，适当的调整硬度，改善切削加工性能。退火工艺根据加热温度分为完全退火、不完全退火、均匀化退火、和球化退火。完全退火是钢材加热到Ac3+2030，保温一段时间使组织完全奥氏体化为准然后缓慢冷却的一种热处理工艺。其目的是为了细化晶粒，均匀组织消除内应力，改善加工性能，适用于亚共析钢，低碳钢和过共析钢不宜采用，因为低碳钢本来自身的硬度就偏低，退货处理后，切削时会出“粘刀”现象，而过共析钢完全球化退火时，会析出网状的二次渗碳体，降低强度，塑韧性使得力学综合力学性能大打折扣。不完全退火是将共析钢加热到Ac1Ac3，过共析钢加热到Ac1Acm之间，保温合适的时间后缓冷的一种热处理工艺。其目的是降低硬度，消除内应力，适用于亚共析钢和过共析钢。球化退火是将钢加热到一定的温度保温一段时间，一般为2-4h为宜，使钢中的碳化物球化的一种热处理工艺。其目的是为了获得球状珠光体，降低硬度，均匀组织，改善加工性，适用于共析钢、过共析钢和合金钢。2.2.2 正火 正火是将钢加热到Ac3以上合适的温度，保温一段时间后空冷的热处理工艺。其目的是为了获得珠光体类组织，正火的冷却速度较快，转变温度较低，冷却后组织中的铁素体较少，主要是珠光体，珠光体晶粒较小，正火后的钢的强度和硬度较大。主要应用在以下几个方面，改善钢的加工性能，消除中碳钢的热加工缺陷，过共析钢的网状碳化物，为球化退火做准备，提高普通钢结构的力学性能。2.2.3 淬火淬火是将亚共析钢加热到临界点Ac3+3050或过共析钢加热到Ac1+3050以上一定温度，淬火温度的选择以获得细小均匀的A晶粒为原则14。这样淬火后可以得到均匀小的马氏体，保温一段时间后大于临界淬火冷却速度冷却得到马氏体或者下贝氏体的热处理工艺。其目的是将奥氏体化的工件获得尽可能多的马氏体，然后配合适当温度的回火获得所需的力学性能。2.2.4 回火 回火是将钢加热到A1线以下某一温度保温，待其马氏体组织完全转变为稳定的回火组织后，冷却到室温。根据回火温度的不同可以分为低温回火、中温回火和高温回火，对应的回火组织是回火马氏体、回火托氏体和回火索氏体。其目的是消除淬火时形成的内应力，提高钢的塑韧性，获得所需的强硬度、塑韧性，满足不同工件的性能。低温回火既保证了钢的强度硬度和较好耐磨性，同时也提高了韧性15。基于他的回火性能，刀具、渗碳件、量具等等采用低温回火；中温回火后零件的淬火内应力基本消失，因此中温回火后的钢具有高的强硬度、弹性极限和好的韧性，主要用来热处理弹簧钢和热锻模具；淬火+高温回火称为调质处理，经调质处理后钢具有良好的综合力学性能，主要适用于中碳和低合金结构钢件的热处理，这些零件在工作时承受冲击载荷和交变负荷作用，例如曲轴、连杆螺栓等。2.3 热处理工艺的制定我们有手中有6组实验试样，拉伸标准试样如图2.2所示，冲击的标准试样见图2.3，金相制备的试样见图2.4。 图2.2 标准拉伸试样 （L=5d 0）图2.3 标准冲击试样图2.4 金相试样本次热处理工艺及温度的选择见表2-1，表2-1工艺组数热处理工艺第一组对照组第二组球化退火（不完全退火）处理第三组球化退火+ 870淬火（油）+ 350中温回火第四组球化退火+ 870淬火（油）+ 440中温回火12第五组球化退火（在真空加热炉里进行）第六组真空球化退火+870淬火（油）+ 440中温回火2.3.1 热处理过程第一组作为对照组，不做任何处理。对照组作为其他工艺对比强度、硬度、显微组织、塑韧性变化的依据。第二组的球化退火处理（760），在普通的加热炉中进行，如图2.5根据相关知识，需将第二组试样加热到Ac1以上20 - 30，结合Fe-C相图曲线，球化退火的加热温度取760。然后保温1h后，为了节约时间，随加热炉冷却至550后，出炉空冷。第三组试样经普通加热炉760球化退火后，将试样放到加热炉里加热到870，保温20min后，取出后快速放到油中搅拌冷却至室温后，将加热炉的温度设定为350，试样用抹布擦干净然后放到加热炉里加热进行中温回火，待试样的温度达到350时，保温一个小时后断电，然后随炉子冷却。第四组式样的球化退火和淬火过程与第三组试样一致，区别是加热炉的温度设定为440，淬火结束后，将实样放到加热炉里加热到预定的温度，然后保温一个小时左右，关闭电源让试样随炉冷却。 （a）（b）图2.5 （a）普通加热炉外形 （b）加热炉型腔第五组试样与前边的几组热处理不一样之处在于，由于硅锰系列钢在普通的热处理条件下容易氧化脱碳，热处理是在真空炉中进行的，真空炉见图2.6。将温度控制程序设定为760，加热到预设的温度后保温一个小时后关闭电源，试样随加热炉冷却。真空烧结炉温度高于350时不能打开炉门，否则会损坏炉腔。第六组试样和第五组试样做相同温度的真空球化处理，然后将球化后的试样在普通的加热炉中加热到870，保温20min后，取出试样后迅速放到油中淬火，在淬火的过程中要不停的搅拌，加速冷却，冷却后将试样上的油渍擦干净后放到加热炉进行回火处理，将加热炉的温度设定为440开始加热，到达预设温度后保温一个小时，关闭电源然后让试样随加热炉冷却至室温，取出试样，将各组的试样编号，以防止试样与对应的热处理工艺不能正确对应。热处理实验结束。 （a）（b）图2.6 （a）宇宪烧结炉外形 （b）烧结炉型腔2.4 热处理前后显微组织观察2.4.1 金相试样的制备金相试样的制备是研究金相必不可少的一部分，制备过程包括试样的截取、试样的镶嵌、试样的打磨和抛光、金相显微组织的显示即腐蚀。本次试验用的的试样都是截成圆柱状的成品，所以不用截取和镶嵌试样，我们要做到就是对试样进行打磨、抛光和金相显微组织的观察。对于热处理表面形成氧化皮的试样在粗磨前先通过敲打等方式将氧化皮去掉，这样可以提高粗磨时的效率。常用的砂纸有01、02、03、04号，号数越小表示砂纸磨粒越粗，号数越大表示砂纸越细。磨制时将砂纸平铺在桌子上，左手按住砂纸，右手捏住试样，磨面朝下并与砂纸接触，给试样稍微施加力，使其在轻微压力作用下向前移动，在这个过程中，要做到平稳，给力要均匀，力切不可过大，否则会使磨痕过深，且造成试样磨面的变形，给后续的处理带来不必要的麻烦，试样在回程时要与砂纸分离，即在磨光时是单程往复进行，直到磨去旧的划痕，新的磨痕均匀一致为止，然后细磨，细磨是为了细化粗磨时的的划痕，为试样的抛光做前期的准备。粗磨完成后试样用清水冲洗干净，洗去粗磨时形成的颗粒，选用更细的砂纸，试样旋转90，使新、旧磨痕垂直，重复上述的步骤直到划痕特别细小为止,然后接着进行抛光处理。抛光是为了去除细磨时留下的微小划痕，的到表面光洁的镜面，常用的抛光方式为机械抛光，其操作较为简单，在抛光机上进行，此外还有电解抛光和化学抛光。抛光前的准备工作1、 检查抛光机是否能够正常运行。2、 清洗抛光布，由于上次抛光时在抛光布上留下磨粒，硬度可能大于试样会划伤表面、故再次使用时必须清洗干净。3、 抛光粉的选择，氧化铬（Cr2O3），绿色，具有较高的硬度，适用于淬火后的合金钢、高速钢以及钛合金抛光。抛光过程抛光时轻轻地将试样压在抛光盘上，将试样由中心慢慢的移动到边缘，在抛光的过程中要分多次少量地向抛光盘中加入抛光粉乳化液让抛光盘保持适当的湿度，湿度太大，摩擦力太小，湿度太小，抛光的过程中会产生大量的热，在抛光的过程中压力不宜太大。金相显微组织的显示抛光后的在显微镜下仅能看到一些石墨、非金属夹杂物等，试样的金相组织只用通过腐蚀后才能显示出来，显示金相组织的方法有很多种，本次实验采用化学浸蚀法。根据表2-1 腐蚀剂应该选苦味酸盐酸酒精溶液，但是实验室只有硝酸酒精溶液，所以根据实际情况选择硝酸酒精溶液，在实际使用的过程中要通过延长腐蚀的时间来显现金相组织。 表2-1 常用的化学浸蚀剂序号腐蚀剂名称成分适用范围使用要点1硝酸酒精溶液硝酸15g酒精100mL碳钢及低合金钢的组织显示浸蚀数秒2苦味酸酒精溶液苦味酸210g酒精100mL钢铁材料细密组织的显示浸蚀数秒到数分钟3苦味酸盐酸酒精溶液苦味酸15g盐酸5m酒精100mL淬火+回火钢组织的显示浸蚀数秒到数分钟4苛性钠苦味酸酒精溶液苛性钠25g苦味酸2g水100g将钢中的渗碳体染为暗黑色加热煮沸530min5氯化钠盐酸水溶液氯化铁5g盐酸50g水100g显示不锈钢、奥氏体钢及合金钢的组织浸蚀至组织显示6 王水甘油溶液硝酸10mL盐酸2030mL甘油30mL显示奥氏体镍镉合金等组织充分混合盐酸与甘油，试样腐蚀前要预热 腐蚀时需在专门的实验平台上进行，试样浸蚀前应该清洗干净，磨面不允许有任何脏污，以免影响腐蚀效果，腐蚀时间的选择应该以磨面失去光泽变为银灰色或灰褐色为宜，这个主要根据经验确定，腐蚀到位后，应该立即用清水冲洗试样将表面的腐蚀剂洗掉，然后用酒精擦洗试样表面，风干后即可放到显微镜，见图2-7下观察金相组织。图3-6 显微镜图2.7 DSY-809显微镜2.4.2 各热处理条件下的金相组织 试样用水冲洗干净吹干，然后放在显微镜下观察其组织，各热处理条件下的显微组织见图2.8-2.13。 图2.8 不经过热处理的对照组显微镜下的组织（X500） 图2.9普通加热炉中760球化退火处理的组织（X500）。图 2.10 760普通球化退火+870淬火+350回火的组织(X500)图2.11 760普通球化退火+870淬火+ 440中温回火的组织(X 500)图2-17图2.12 760真空球化热处理的组织(X 500)图2.13 760真空球化+870淬火+440中温回火的组织(X 500)2.5 热处理后的力学性能材料的力学性能指的是材料在施加了外力之后表现出来的性能16。外力既包括静载荷又包括动载荷，力学性能的测定主要包括材料的强度、硬度、塑性、冲击韧性。硬度主要通过布氏硬度计来测定。屈服强度和塑性则可以通过拉伸试验来测定。拉伸实验能够清晰的反映材料在受到外力时发生的弹性变形、塑性变形和断裂这三个形变阶段表现出来的基本特征17，拉伸试验所测的力学性能可靠稳定，计算方便。冲击韧性则通过摆锤冲击试验来测定。2.5.1 硬度的测定图2.14布氏硬度计仔细阅读说明书，了解仪器的使用方法后，用标准试样检测硬度计是否准确。经过检查误差在允许范围内，可以正常使用去。然后对实验试样的力学性能进行测定，去除热处理形成的氧化皮后，将试样放在测试平台上，转动旋钮选择实验力，根据材料的种类我们此次实验选有1471N的实验力。然后转动升降台使试样与压头刚好接触时停止，转动仪表盘使得指针对准零刻度线后开始转动控制升降台的转盘使仪表盘的大指针转过三圈（左右误差不能超过五小格），此时仪表盘的红色小指针刚好从一边转到另一边，然后给试样加载1471N的实验力，大约五秒后卸载实验力，然后读取硬度值，然后重复上述的过程，测得各个试样的硬度值。2.5.2 冲击韧性的测定1-摆锤 2-机架 3-试样 4-刻度盘 5-指针2.15图 冲击摆锤示意图材料在在冲击载荷的作用下，产生塑性变形和断裂过程中吸收的能量的能力称为冲击韧性17。测定材料的冲击韧性时需要将材料制成标准试样，然后放到摆锤上，实验测定的原理是将带缺口的试样放在试验机的支座上，见图2-21将摆锤升起，然后让其自由下落冲断试样，冲击摆锤的重心有高度H1下降到H2，势能的变化为mg（H1-H2）,势能的变化等于冲断试样所需要消耗的功W,也就是冲击试样吸收的功为：AK=W=G(H1-H2)，本次实验采用U型缺口，标准试样如图2-22所示图2.16 U型标准试样示意图2.5.3拉伸实验 拉伸实验是是给试样施加一个轴线方向上的拉力，利用拉伸试验可以测定材料的弹性极限、伸长率、截面收缩率、屈服点和屈服强度。实验的步骤：1、准备试样，在原始标距内刻线，用游标卡尺在试样的实验部分的三个部位测量三个直径值，取平均值作为试样的直径。2、装夹拉伸试件，先将试件装夹在上夹头内，然后调节移动台的上升速度，连续按四下按钮将上升的速度调为最大，待到试样快要进入下夹头内时，点停止按钮，将速度调为慢速，然后将升降台缓慢移动到合适的位置后，按stop按钮停止，然后锁紧下夹头，点拉伸开始按钮，拉伸开始直到拉断为止，拉断后记下拉伸率，然后将拉伸曲线和数据导出来即可，实验设备如2.17所示。剩下的试样重复上述的步骤。 图2.17 拉伸试验机3 实验结果与分析3.1热处理实验结果热处理后测得的实验数据见表3-1： 表3-1指标数据组数数据 指标硬度（HRC）冲击吸收功Ak/J抗拉强度Rm/MPa屈服强度Re/MPa伸长率（）屈强比第一组312410449014.30.86第二组153999489018.570.89第三组35.5131950195016.3891第四组46141420142018.3651第五组21281012945200.94第六组45.5371540154016.0251第3、 四、六组实验的拉伸曲线分别见图3.1、 3.2、 3.3力/KN 图 3.1 位移/mm力/KN 位移/mm图3.2力/KN 位移/mm图3.3 3.2 热处理实验结果的分析通过对表格中的数据分析，60SiMn弹簧钢在各种热处理条件下，其屈强比接近于1。第二组和第五组与第一组对比我们可以发现不管是普通的球化退火还是在真空条件下球化，退火热处理后试样的硬度、抗拉强度都变小了，冲击吸收功和伸长率变大了。通过对比他们的金相组织，我们不难发现，经过球化退火处理的试样得到的是球状P组织。其中的碳化物呈球状颗粒均匀的分布在铁素体基体上18。这种形状的珠光体与片状的珠光体相比硬度较低、抗拉强度较小、塑韧性更好，故第二、五组的冲击吸收功大于对照组。对于第二、五组来说，他们的惟一区别在于第五组是在真空条件下进行的，这样的条件可以有效的抑制Si含量过高导致的脱碳氧化，而钢中碳含量会影响试样的强度，硬度和塑韧性等，由于真空条件抑制了脱碳氧化，故通过他们的金相组织可以看出，真空球化处理的球状碳化物多余普通球化处理。这就是为什么第五组的硬度和屈服强度高于第二组而冲击吸收功低的原因。第三、四组和第一组对比发现发现经过淬