碳钢的热处理及硬度计使用实验.doc

实验二 碳钢的热处理及硬度计使用一实验目的1、熟悉碳钢的基本热处理的操作方法。2、了解含碳量、加热温度、保温时间、冷却速度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响。3、学会洛氏硬度计的使用。二概述一碳钢的热处理钢的热处理是利用钢在固态范围内的加热、保温、冷却，借以改变其内部组织从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种工艺方法。普通热处理的基本操作包括退火、正火、淬火、回火等。实施热处理操作时，加热问题、保温时间、冷却方式是最基本的环节，正确选择这三者的参数是热处理质量的关键。1 1加热温度的选择（1）退火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（3050）C（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至Ac1+（3050）C（球化退火）。（2）正火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（3050）C；过共析钢加热至Accm+（3050）C退火和正火加热温度的选择如图3.1所示。（3）淬火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（3050）C；共析钢和过共析钢加热至Ac1+（3050）C，如图3.2所示。 图3.1 退火和正火加热温度范围 图3.2 淬火的加热温度范围钢的成分、原始组织及加热速度等皆影响临界点Ac1、Ac3、Acmm的位置。在各种热处理手册或材料手册中，都可以查到各种钢的热处理加热文帝。热处理时不能任意提高加热温度，因为加热温度过高时，晶粒容易长大、氧化、脱碳和变形。（4）回火温度的选择：钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能（工厂中常常是根据硬度的要求）。按加热温度的高低，回火分为三类：1）低温回火：在150250 C的回火称为低温回火。目的是降低淬火应力，减少钢的脆性，并保持钢的硬度。常用于高碳钢的切削刀具、量具和滚动轴承的热处理。2）中温回火：在350500 C的回火称为中温回火。目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。常用于弹簧钢的热处理。3）高温回火：在500650 C的回火称为高温回火。目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好冲击韧性的综合力学性能。所以把淬火后经高温回火的处理称为调质处理。常用于中碳结构钢。表3.1列出了几种碳钢的加热临界点。表3.1 几种碳钢的加热临界点碳质量分数 / %临界点（C）淬火温度（C）Ac1Ac3Accm0.27278358608800.47277808408600.87277237808001.07278007608001.27278957608002、保温时间的确定为了使工件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，必须在淬火加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和和保温时间算在一起，统称为加热时间。确定热处理的加热时间必须考虑多种因素。如：工件的尺寸和性质；使用的设备和装容量；装炉时炉子的温度；钢的成分和原始组织；热处理的要求和目的等。具体时间课参考热处理手册中的有关数据。实际工作中更多是根据经验大致估算加热时间。一般规定，在空气介质中，升到规定温度后的保温时间，对碳钢来说，按工件厚度每毫米需11.5min估算；合金钢按每毫米2min估算。在盐浴炉中，保温时间可缩短12倍。3、冷却方式和方法热处理时的冷却方法要适当，才能获得所要求的组织和性能。退火一般采用随炉冷却；正火采用空气冷却，大件可采用吹风冷却。淬火冷却方法非常重要，一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证全部得到马氏体组织；另一方面冷却应尽量缓慢以减少内应力，避免变形和开裂。为了解决上述矛盾，可以采用不同的冷却介质和方法，使淬火工件在奥氏体最不稳定的温度范围内（650550C）快冷，超过临界冷却速度。在（300100C）以下温度时慢冷，理想的冷却速度如图3.3所示。图3.3 淬火时理想冷却曲线示意图 图3.4 各种淬火冷却曲线示意图常用淬火方法有单液淬火、双液淬火（先水冷后油冷）、分级淬火、等温淬火等（图3.4）。表3.2中列出了几种常用淬火介质的冷却能力。表3.2几种常用淬火介质的冷却能力冷却介质冷却速度（C/s）650550C区间300100C区间水（18C）600270水（26C）500270水（50C）100270矿物油15030变压器油12025肥皂水3020010%油水7020010%NaCl水（18C）110030010%NaCl水（50C）800270二洛氏硬度计的使用1、原理硬度是金属材料机械性能的重要指标之一，因测量简便，在生产中得到广泛应用，热处理后的零件性能，常用洛氏硬度计来测量。洛氏硬度值是根据负荷（也叫外力）作用下产生的压痕深度值来确定的。其测量原理如图3.5所示。图3.5 洛氏硬度试验原理图图中：00 未加负荷。压头未接触试样时的位置。11 压头加预负荷（10公斤）后压入试样的压痕深度ho的位置。ho包含预负荷所引起的塑性变形和弹性变形。22 加主负荷后，压头在总负荷（150公斤）作用下压入试样的压痕深度，它包括总塑性变形和弹性变形。33 卸除负荷后，压头由于主负荷所产生的弹性变形被消除而略提高后位置。这时压痕的深度h=h1-h0作为测量硬度的依据。洛氏硬度值是没有单位的数值，直接从表盘上读出。洛氏硬度计可以用不同的压头和不同的总负荷搭配使用。分别以HRA、HRB、HRC来表示，如表3.3所示。表3.3 三种洛氏硬度的试验条件与应用标尺符号压头初始实验力表盘上刻度颜色常用硬度值范围应用范围HRA120金刚石圆锥98.7黑色2088硬质合金、表面淬火钢HRB直径1.588mm钢球红色20100退火钢、正火钢HRC120金刚石圆锥黑色2070淬火钢、调质钢2、洛氏硬度计的构造及操作洛氏硬度计类型较多，外形构造也各不相同，但构造原理及主要部件均相同。洛氏硬度计的构造简图如图3.6所示，洛氏硬度计的外形如图3.7。1压头 2负荷砝码 3主杠杆 4测量杠杆5表盘 6缓冲油缸 7工作台 8升降装置图3.6 洛氏硬度计构造简图1 读数百分表；2压头；3载物台；4升降丝杠手轮；5加载手柄；6卸载手柄图3.7硬度计外形洛氏硬度计的操作方法如下：（1） 按表3.3选择压头及载荷；（2） 根据试样大小和形状选用在物台；（3） 将试样上下两面磨平，然后置于载物台上；（4） 加预载，按顺时针方向转动升降机构的手轮，使试样与压头接触，并观察读数 百分表上小针移动置小红点为止；（5）调整读数表盘，使百分表盘上的长针对准硬度值的起点。如：试验HRC、HRA硬度时，把长针与表盘上黑字C处对准；试验HRB时，使长针与表盘上红字B处对准； （6）加主载，平稳地扳动加载手柄，手柄自动升高至停止位置（时间为57s）并停留10s。 （7）卸主载，扳回加载手柄至原来位置； （8）读硬度值，表上长针指示的数字为硬度的读数，HRC、HRA读黑色数字，HRB读红色数字； （9）下降载物台，当试样完全离开压头后，才可取下试样； （10）用同样的方法在试样的不同位置测三个数据，取其算数平均值为试样的硬度。操作洛氏硬度计时一定要遵守操作规程。三实验内容及方法指导1、按表3.4所列工艺进行热处理操作。表3.4 热处理实验内容序号试验材料热处理工艺加热温度/保温时间/min冷却方式120750 30盐水2T10750303780 60空冷478030盐水5空冷6盐水76号钢60025空冷2、实验方法指导： （1）淬火时，试样要用钳子夹住，动作要快，并不断在水中搅动，以免影响热处理质量。（2）取放试样时要事先将炉子电源关闭。 （3）热处理后试样用砂纸磨去两端面氧化皮，然后测量硬度。 （4）每人将自己测量的硬度数据