金属材料热处理课程设计

1、金属材料热处理课程设计报告 院 系： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 一、综述DT40是一种新型硬质合金钢，它的主要成分是5CrNiMo。试验中将样品预热到850度保温10分钟，然后1050度淬火保温40分钟后取出水冷冷却。淬火后又对样品进行了两次高温回火处理，回火温度取的600度，保温时间为40分钟，然后进行室温冷却。 查阅资料得知5CrNiMo钢的性能指标如下：（1）5CrNiMo钢具有较高的强度、耐热性、耐磨性和韧性。（2）5CrNiMo钢中一般含有Cr、Ni、Mo等元素，这些元素能提 高钢的淬透性，Ni元素可减少回火脆性和细化晶粒。（3）5CrNiMo钢在加热到500时，仍能

2、保持HB300左右的硬度。 5CrNiMo钢的淬火可以采用许多冷却方式，如油淬、分级淬火，之所以有这么多冷却方法是因为它具有很高的淬透性，目前最常用的是油淬。将 5CrNiMo钢加热到950以上其内部组织可全部溶入到奥氏体中，但是其晶粒却比较粗大。在900淬火后其心部组织是主要是板条状马氏体，但也有少量的针状马氏体。在880淬火后的组织主要为针状马氏体和板状马氏体。 5CrNiMo钢在830淬火，200250回火后依旧有良好的力学性能，硬度为54HRC左右。5CrNiMo钢的塑性及韧性则法随回火温度的升高而增加，硬度及强度则随回火温度的升高而下降。5CrNiMo钢在400以下可以保持较高的硬度

3、和强度，高于400时强度和硬度则急剧下降。值得注意的是在300左右回火， 5CrNiMo钢韧性会大大下降，所以应避免采用这个温度的回火。二、实验方案及其内容 2.1.1实验步骤及配置本次试验步骤： 切割样品淬火磨抛测量硬度第一次600高温回火磨抛金相观察第二次600高温回火磨抛测硬度，金相观察试验药品及材料：硝酸、无水乙醇、三氧化二铬抛光粉； 80-1400号砂纸； DT40钢结硬质合金（主要成分：5CrNiMo）试验仪器：电火花切割机； 箱式电炉（SX-4-10型）； 磨抛机（MoPao 160E ）； 洛式硬度计（HR-150A型）； 奥林巴斯金相显微镜（GX51）； 扫描电子显微镜（4X

4、BI）； 显微电视机（SF3498F） 2.1.2实验方案第一步：首先用电火花切割机对样品进行了切割，切割后得到四块小样品，将小样品放在万能试验机上进行弯曲实验和冲击实验。第二步：将样品放在箱式电炉里对其进行了1050度淬火（预冷直接淬火，本次实验中采用的水冷冷却），样品冷却后用砂纸及抛光机进行磨抛，随后在洛氏硬度计上测试了样品的硬度。 图为实验淬火热工艺曲线 第三步：淬火后在箱式电炉里对样品进行了两次高温回火，随后分别进行了抛光及硬度测试，磨擦磨损，X射线分析和镜像观察。（本次实验预冷直接淬火是采用的箱式电炉加热，将样品先加热到850度放入电炉内预热10分钟后，加热至1050度淬火40分钟，

5、出炉后进行水冷冷却。回火依旧采用的采取了箱式电炉加热，回火过程中采取了防氧化措施，进行了两次600度高温回火，保温30分钟后进行了室温冷却）对比两次回火后得到的实验数据。 图为本次实验回火热工艺曲线 三、实验分析3.1.1硬度测试及分析硬度从意义上来说表示了金属材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，硬度是检测金属材料力学性能的指标之一。目前检查钢件表面及心部硬度，最常用的一般是洛氏硬度HRC标尺测量。硬度测试可以测试出试样经过热加工前后硬度的改变。 分别将试样放在硬度计工作台上，首先进行对准和调零。让表盘 中的小指针指到红点时，调整表盘0刻度和大指针对齐。 添加外部载荷。扳动右手边的载荷手柄加载荷

6、数分钟后释放（本 次实验使用的洛氏硬度计预载荷为10Kg）读取数值。 记录数据。每种试样工件至少选取5个点测试，最后取其平均值。 在热处理结束后重复上述步骤，分别测各试样钢的硬度，以便后 续数据处理分析比较。 此表为淬火后测试硬度结果（单位HRC）洛氏硬度1组2组3组4组5组平均值167.566.565.867.56766.86263.565.263.664.562.763.94366.762.565.266.165.865.26此表为第二组样品二次回火后硬度（单位HRC）洛氏硬度1组2组3组4组5组平均值162.563.162.561.862.462.4 综上，通过前后两次硬度测试，我们得到

7、结论：DT40钢经过淬火后硬度大大增加，而回火后样品的硬度比淬火后的硬度略有下降。3.1.2金相显微镜观察 金相组织显微镜观察是对材料表面组织和结构进行粗略观察，本次试验用到的仪器是奥林巴斯电子显微镜，主要观察磨抛后的样品是否还有磨痕或磨坑，磨抛合格的样品才能进行下一步实验。（本次试验用的化学腐蚀法） 用砂纸按照牌号顺序由粗到细打磨两种钢试样。 用磨抛机抛光试样。在抛磨之前先将抛光粉水溶液滴在抛光布 上，注意抛光时手的力度，以防危险。 冲洗干净表面，用吹风机吹干（不要用手接触抛光面）。 配制4%的硝酸无水乙醇溶液，滴几滴腐蚀液在试样抛光面上，35 分钟等到表面有颜色变化（变灰），用棉球轻轻擦干

8、试样表面。 在单目显微镜下，通过显微电视观察金相大致组织结构。 在奥林巴斯显微镜下观察金相平衡组织。观察不同放大倍数下金 相组织的结构。 通过与奥林巴斯金相显微镜相连接的电脑，选取亮度合适、组织 清晰和表面无明显划痕的区域，在不同放大倍数下分别拍照。第一次600高温回火后观察： 100倍金相组织 200倍金相组织 500倍金相组织 1000倍金相组织第二次600高温回火后观察： 100倍金相组织 200倍金相组织 500倍金相组织 1000倍金相组织 分析：从观察到的金相组织可以看出第一次回火后样品主要为回火索氏体，但还有残余奥氏体。而经过第二次回火后残余奥氏体得到很好的去除，而经过两次回火样

9、品的金相组织得到细化，这会大大提高钢结硬质合金的耐磨性、耐腐蚀性。四、结论及讨论 电渣重熔DT40钢降低了钢中S、P含量及夹杂物含量，提高了材料成分的纯度，使钢种组织致密，晶粒细化。而DT40钢经过1050度淬火和两次高温回火后，组织性能都发生了改变。淬火后硬度明显增加，而经回火后硬度又略有下降；淬火后获得了板状马氏体组织，而经过回火后达到了回火索氏体，残余奥氏体得到了有效的消除；经过两次回火后，DT40钢得到较好的耐磨性行和耐腐蚀性。综合来讲，本次实验中DT40钢经过电渣重熔及热处理后得到了较好的力学性能和其他性能。通过这次实验，我们也发现了选择合适的热处理工艺和电熔技术对材料的性能、组织有巨大的影响