T10A钢球化退火工艺对组织和硬度的影响

32/43毕业论文题目：T10A钢球化退火工艺对组织和硬度的影响学院：专业：班级：学号学生姓名：导师姓名：完成时间：

诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）任务书题目：T10A钢球化退火工艺对组织和硬度的影响姓名学院专业材料成型班级学号2指导老师职称教研室主任一、基本任务及要求：1．分析、归纳T10A钢的成分特点、组织转变规律、热处理工艺及主要工艺参数、性能特点及应用；2．确定T10A钢常用的球化退火工艺及其主要参数，画出其球化退火工艺曲线，并分析其将获得的金相显微组织及大致的硬度；3．根据所确定的球化退火工艺及其主要参数，进行T10A钢的球化退火工艺操作和试验研究，测定球化退火后的硬度，分析其硬度变化的原因；4．对球化退火后的T10A样品进行金相显微组织分析，确定其金相显微组织的基本组成，并分析其球化退火工艺及其主要参数对显微组织和硬度的影响规律。二、进度安排及完成时间：1.2012年2月27日～3月18日，查阅资料、撰写文献综述和开题报告；2.2012年3月19日～4月01日，课题调研、资料收集、方案设计；3.2012年4月02日～4月29日，试验研究及结果分析；4.2012年4月30日～5月20日，撰写毕业论文；5.2012年5月21日～6月03日，将毕业论文送指导教师审阅、评阅教师评阅；6.2012年6月04日～6月17日，毕业论文答辩和资料整理。目录摘要………………ⅠAbstract……………Ⅱ第1章绪论………………………11.1引言……………………11.2论文研究背景及目的…………………21.3本课题的研究内容及试验手段………3第2章试验过程及分析………42.1球化退火工艺方案…………………42.2试验设备…………42.3试验过程……………72.3.1试样的准备…………………72.3.2试样的热处理工艺过程…………72.3.3试样硬度值的测试……………122.3.4试样的磨制……………………122.3.5试样的抛光……………………132.3.6试样的浸蚀……………………142.3.7显微组织的观察………………14第3章试验结果及分析…………153.1力学性能试验……………………153.2金相显微组织分析……………153.3球化退火的综合分析及其实际应用…………18结论………………21参考文献…………22致谢………………23T10A钢球化退火工艺对组织和硬度的影响摘要：通过试验分析T10A钢的成分、组织、性能以及应用，并对T10A钢进行普通球化退火和等温球化退火处理，接着对热处理后的试样进行硬度测试和显微组织观察分析，研究普通球化退火和等温球化退火工艺对T10A钢在组织、性能及应用方面的影响，结果表明，T10A钢球化退火后得到了在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。T10A等温球化退火后的硬度略低于普通球化退火处理后的硬度，硬度随球化退火温度的升高而升高。T10A等温球化退火后的组织较于普通球化退火处理后的的组织更加均匀，因此等温球化退火的切削性能比普通球化退火钢更佳，等温球化退火的综合力学性能优于普通球化退火。关键词：T10A钢；球化退火；显微组织InfluencetoStructureandHardnessofT10ASpheroidizingAnnealingProcessAbstract:Firstly,testingandanalysingthecomposition,microstructure,propertiesandapplicationoftheT10A.Thendoordinaryspheroidizingannealingandisothermalspheroidizingannealingtoit.Thirdly,dothehardnesstestandmicrostructureobservationandanalysistotheheattreatedsamples.Throughallofthosemethods,exploretheinfluenceofordinaryspheroidizingannealingandisothermalspheroidizingannealingtothestructure,propertiesandapplicationsofT10A.Theresultsisthat,afterT10Asteelballannealing,thereisglobularorgranularcarbideorganizationwhichisuniformlydistributedintheferritematrix.Afterisothermalspheroidizingannealing,thehardnessofT10Aisslightlylowerthanthatafterordinaryballannealing.Anditbecameharderwiththerisingofspheroidizingannealingtemperature.Afterisothermalspheroidizingannealing,thestructureofT10Abecomemoreuniformthanthatafterordinaryorganization.SothecuttingperformanceofT10Aafterisothermalspheroidizingannealingisbetterthanafterordinaryspheroidizingannealing,andthecomprehensivemechanicalpropertiesarealsobetter.KeyWords：T10Asteel；Ballannealing；microstructure第1章绪论1.1引言钢铁材料在国民经济中占有十分重要的地位,它们的应用非常广泛。在实际使用或生产加工过程中,人们对钢铁材料提出了各种不同的性能要求,单凭原始材料的性能已经满足不了工程技术上的要求。例如:为了便于切削加工就要求材料的硬度适当降低,以节约机械加工时的刀具消耗和提高劳动生产率；为使零件耐磨损,延长使用寿命,就要求其具有较高的硬度；为使零件能在有腐蚀性气体的环境中长期工作,就要求其具有一定的耐腐蚀性等。为满足这些性能要求,除了合理地选用材料外,还要进行热处理,如此才能充分发挥钢铁材料的性能特点。由此可知,热处理在机械制造业中占有十分重要的地位。热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常如轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力、提高产品的质量、节约材料、减少能耗、延长产品的使用寿命、提高经济效益都具有十分重要的意义。据统计，在机床制造中有60%～70%的零部件要经过热处理；在汽车、拖拉机制造中有70%～90%的零部件要经过热处理；各种工具和滚动轴承等则100%的要进行热处理[1]。随着近几年机械切削加工和冷镦模的高速发展，刀具材料及模具材料的发展也非常迅速，出现了很多新型的材料。其中碳素工具钢，特别是T10A所独有的价格便宜易切削、耐磨等特点使其在刀具及冷镦模中依然占有很大比例。但碳素工具钢的一些缺陷也使得它在发展迅速的机械行业有一定的局限性。通过低淬透性冷作模具钢，高级高碳工具钢，优点是可加工性能好，价格便宜，来源容易，但是淬透性较差，淬火变形大，因为钢中含有合金元素少，回火抗力低，因而承载能力低。虽有高的硬度和耐磨度，但是小截面工件韧性不足，大截面段坯有残余网状碳化物倾向。完全球化的最低加热温度740℃，最佳等温温度690～720℃，出现片状碳化物的加热温度780℃，受热软化温度250℃，淬硬深度为水淬15～18mm，油淬5～7mm。该钢在退火状态下进行粗加工，然后淬火低温回火至高硬度，再精加工。获得高的耐磨性和镜面抛光性。进行低碳马氏体低温淬火，使具有较高的耐磨星河强韧性，预防和减少变形和开裂现象[2]。1.2论文研究背景及目的热处理工艺一般分为最终热处理和预先热处理。预先热处理是为了消除或改善前道工序引起的某些缺陷，为最终热处理最好准备，退火和正火是工件预先热处理的主要手段。钢的退火和正火均为普通热处理的基本工艺，主要用于铸、锻、焊毛坯的预先热处理，以及改善机械零件毛坯的切削加工性能。球化退火是不完全退火的一种特例。球化退火是不完全退火的一种特例，目的是将共析及过共析钢中的片状碳化物转变为状碳化物，使之均匀分布于铁素体基体上。碳化物由片状变为球状后有以下优点：硬度降低，使钢的可加工性得到改善；加热时球化碳化物溶入奥氏体较慢，奥氏体晶粒不容易长大，故有较宽的淬火温度范围；淬火后得到隐晶马氏体，残留奥氏体量较少，并保留一定量的细小均匀分布的球化碳化物，淬火开裂倾向性较小；塑性、韧性较好，冷成形加工得到改善。球化退火主要用于碳含量高于0.6%的高碳工具钢及轴承钢等，目的是改善可加工性，并为最终热处理做好组织准备。有时为改善低中碳钢的冷成形性，也可采用球化退火[6]。实践表明，加热时奥氏体成份越不均匀，退火后越容易得到球化组织。将过共析伪片状珠光体加热到略高于Ac1温度短时间保湿后，得到奥氏体加未溶渗碳体。此时，渗碳体已不是完整的片状，而是厚薄不平，凹凸不平，有些地方已经溶解断开。延长保湿时间，这些未溶渗碳体将渐趋向于球化。T10A钢是一种应用广泛的工具、量具、冷作模具钢，它具有高硬度、高强度、高耐磨性和淬火变形小等优点[9]。然而，由于其硬度值较高，难以进行切削加工，故在生产中用T10A钢制作冷镦凸模时极易出现崩刃、折断及淬火开裂等现象。因此在实际的工业生产中，经常采用等温球化退火的方法来细化晶粒、降低硬度、改善切削加工性能，为淬火做好组织上的准备。但常规的等温球化退火工艺方法，由于加热温度高、保温时间长、工艺复杂，使T10A钢中碳化物仍呈粗细不同、大小不一、分布不均的现象。而它们是引起变形开裂的主要原因，直接影响着产品的质量和使用性能，故进一步改善T10A钢的切削加工性能，预防开裂倾向已成为工业生产中亟待解决的问题。1.3本课题的研究内容及试验手段本课题通过了解T10A钢的成分、组织、性能、应用等方面的基本知识，以相关金属学与热处理及金属材料学的理论作为指导，拟定了T10A钢的完全退火和正火工艺，并通过实际的热处理工艺进行试验操作，分析普通球化退火与等温球化退火对T10A钢的组织和性能的影响。并通过分析其金相显微组织及组成，测定硬度值来对T10A钢普通球化退火和等温球化退火工艺，从使用性、工艺性、经济性三个方面进行综合分析，并说明其在实际生产中的主要应用方向。其中所包含的试验操作或操作程序有：①准备T10A钢的试验样品。②拟定3组试样进行三个不同加热温度的等温球化退火处理。其中加热温度分别为740℃；760℃；780℃保温40min.在690℃下等温30min。试样随炉冷却到520℃后出炉空冷，然后分别制备经不同温度完全退火后的金相试样，并进行显微组织观察，拍照显微组织图。③采用洛氏硬度计测定完全退火后的试样的硬度值。④拟定3组试样进行普通球化退火处理，其中加热温度分别为740℃、760℃、780℃，保温40min.试样随炉冷却到520℃后出炉空冷，然后分别制备经不同温度正火后的金相试样，并进行显微组织观察，拍照显微组织图。⑤采用洛氏硬度计测定正火后的试样的硬度值。⑥根据试验数据，对比T10A钢等温球化退火与普通球化退火处理后的组织和性能，从而总结其在实际生产中的应用。

第2章试验过程及分析2.1球化退火工艺方案本文研究的是T10A钢，T10A钢球化退火处理后，所得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。本实验设置了六组实验参数不一样的参数对试样进行了等温球化退火处理。完全等温球化退火温度分别为740℃、760℃、780℃，保温时间40min。其中等温度为690℃，等温时间为30min，随炉冷却到温度为500℃时再出炉空冷。同时，为使T10A钢等温球化退火工艺和普通球化退火工艺有效得进行对比，本实验设置了三组加热温度和等温球化退火分别一致的实验参数进行正火处理。T10A钢球化退火与普通球化退火处理的工艺方案如下表2.1和表2.2所示。表2.1T10A钢试样等温球化退火工艺方案项目加热温度/℃保温时间/min等温温度/℃等温时间/min冷却方式方案一7404069030随炉冷至520℃后出炉空冷方案二7604069030随炉冷至520℃后出炉空冷方案三7804069030随炉冷至520℃后出炉空冷表2.2T10A钢试样普通球化退火工艺方案项目加热温度/℃保温时间/min冷却方式方案一74040随炉冷至520℃后出炉空冷方案二76040随炉冷至520℃后出炉空冷方案三78040随炉冷至520℃后出炉空冷2.2试验设备（1）箱式电阻炉所用型号为SRJX-3-9，电阻炉是利用电流通过电阻丝产生的热量来加热工件，同时用热电偶等电热仪表控制温度，操作简单、温度准确。这类炉子的炉料一般在空气介质中加热，无机械化装置，供小批量的工件淬火、正火、退火等常规热处理之用，如图2.1所示。图2.1箱式电阻炉（2）HRS-150型数显洛氏硬度计用来测试完全退火试样和正火处理试样的硬度值，如图2.2所示。图2.2HRS-150型数显洛氏硬度计（3）金相粗磨砂纸所用型号为180#，用来去除20钢原材料表面的氧化物，为下一步手工细磨做准备。（4）金相细磨砂纸所用金相砂纸的号数为01、02、03、04、05，用来对试样进行手工细磨，以便快速制备金相试样。（5）金相试样机械抛光机所用型号为P-2，对金相试样进行抛光处理，消除磨面上的磨痕及金属扰乱层，以便制出平整、光亮、无痕的金相磨面，如图2.3所示。图2.3金相试样抛光机（6）4XB型金相显微镜对试样进行显金相微组织观察和分析，如下图2.4所示。图2.44XB型金相显微镜的外形结构图（7）金相分析仪选用GX60-DS型金相综合分析系统，配备有高倍、中倍、低倍三个高质量物镜和数码视频采集与处理硬件，并配套有专用的微机和金相分析专业软件。观察金相显微组织，拍照保存特征相图，金相分析仪如图2.5所示。图2.5金相分析仪2.3试验过程试验通过对T10A钢分别进行等温球化退火和普通球化退火处理，然后对热处理后的T10A钢进行硬度测试和显微组织分析，来研究完全退火与正火工艺处理对T10A钢的组织和性能的影响。采用的具体工艺流程如图2.6所示。图2.6T10A等温球化退火与普通球化退火工艺对比分析试验流程图2.3.1试样的准备原材料试样是将给定的材料（尺寸为φ30mm的T10A钢棒）制备为可供后续试验运用的试样。本次试验共做这样的试样6个，为后面的试验做好充分的准备。2.3.2试样的热处理工艺过程及原理(1）T10A钢的特点T10A钢的特点：此钢强度及耐磨性均较T8和T9高，但热硬性低、淬透性不高且淬火变形大。适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受剧烈振动，需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、切纸机、低精度而外形简单的量具(如卡板等)，可用作不受较大冲击的耐磨。通用低淬透性冷作模具钢，高级高碳工具钢，优点是可加工性能好，价格便宜，来源容易，但是淬透性较差，淬火变形大，因为钢中含有合金元素少，回火抗力低，因而承载能力低。虽有高的硬度和耐磨度，但是小截面工件韧性不足，大截面段坯有残余网状碳化物倾向。完全球化的最低加热温度740℃，最佳等温温度690～720℃。T10A球化退火组织转变规律加热时奥氏体成分越不均匀，退火后越容易得到球化组织。将过共析钢为片状珠光体加热到略高于Ac1温度短时间保温后，得到奥氏体加未溶渗碳体。此时渗碳体已不是完整的片状，而是厚薄不均凹凸不平，有些地方已经溶解断开。延长保温时间，这些未溶渗碳体将逐渐趋于球化。将钢从加热温度缓冷至Ar1以下，奥氏体将同时析出碳化物及铁素体（即珠光体转变）。加热时形成球状碳化物质点以及奥氏体中含碳量较高的部分将成为碳化物核心。长大成球状碳化物。最终得到在铁素体基体上均匀分布着球状碳化物的球状珠光体。(3）球化退火工艺及目的球化退火的具体工艺有：①普通（缓冷）球化退火，缓冷适用于多数钢种，尤其是装炉量大时，操作比较方便，但生产周期长；②等温球化退火，适用于多数钢种，特别是难于球化的钢以及球化质量要求高的钢（如滚动轴承钢）；其生产周期比普通球化退火短，不过需要有能够控制共析转变前冷却速率的炉子；③周期球化退火，适用于原始组织为片层状珠光体组织的钢，其生产周期也比普通球化退火短，不过在设备装炉量大的条件下，很难按控制要求改变温度，故在生产中未广泛采用；④低温球化退火，适用于经过冷形变加工的钢以及淬火硬化过的钢（后者通常称为高温软化回火）；⑤形变球化退火，形变加工对球化有加速作用，将形变加工与球化结合起来，可缩短球化时间。它适用于冷、热形变成形的钢件和钢材（如带材）是在Acm或Ac3与Ac1之间进行短时间、大形变量的热形变加工者。本实验由于时间及设备原因主要研究普通球化退火和等温球化退火对T10A对组织和硬度的影响球化退火是使钢获得弥散分布于铁索体基体上的细粒状(球状）碳化物组织。其目的为改善切削性能，减小淬火时的变形开裂倾向性，为锻件得到相当均匀的最终性能。球化退火主要应用于轴承零件、刀具、冷作模具等的预备热处理，以改善切削加工性能及加工精度，消除网状碳化物所引起的工具的脆断和刃口崩落，提高轴承的接触疲劳寿命等。中碳及中碳合金钢只当要求硬度极低而韧性极高（例如用于冷冲压坯料）时，才用球化退火，低碳钢—般不进行球化退火，否则由于硬度过低（160～170HBS）反而使切削加上性能变坏。在工具钢及轴承钢碳化物球化的概念中，应该包括一次碳化物、二次碳化物(由奥氏体中析出)及共析碳化物这三方面的球化。一次碳化物系铸锭柱晶偏析所引起的亚稳定奥氏体结晶产物，颗粒尺寸较大，常沿轧制方向分布，形成偏析碳化物带，硬度高、脆性大，易造成淬火裂纹，使钢的耐磨性变差，以至工件在使用中造成表面脱落或中心破裂。一次碳化物的球化主要需要合理的锻造工艺，例如反复拉拔(相当大的总锻造比在十几、二十几以上)和适当的高温扩散退火来得到。二次碳化物及共析钢化物的球化与锻造过程有关。为了使退火后能获得均匀分布的粒状碳化物，锻造后的组织应为细片状珠光体及细小网状碳化物(或含有少量马氏体)。如果终锻温度过高或冷却太慢，则易引起大网状碳化物，退火中无法消除。如退火温度太低(＜800℃)，碳化物易沿晶界变形方向析出而形成线条状组织，退火后将有方向性，使工性能变坏。珠光体片较细时，球化退火时可采用较低的温度和较短的时间。退火温度愈低，则溶解的碳化物数量越多，容易获得均匀分布的细粒状珠光体组织。珠光体片较粗时，在正常退火工艺情况T2不易获得均匀的细粒状珠光体。因此，为了得到良好的球化组织，必须严格控制锻造工艺过程。球化退火的目的：①软化毛坯。球状碳化物比片状碳化物切削阻力要小，车刀对球状碳化物切削的几率也比片状的要小有利于切削加工。②为淬火提供理想的预备组织。碳化物球化后在淬火加热时不易熔解未溶的碳化物起阻碍晶粒长大的作用细化了淬火马氏体组织，提高了材料的韧性。(4）影响球化质量的因素①化学成份的影响。碳素工具钢随着含碳量的增加，碳化物的数量增多，可获得球状碳化物的奥氏化的加热温度范围增大。②原始组织的影响。奥氏体越细，在奥氏体化时的残留碳化物颗粒也越多，冷却时的球化核心也越多，球化效果越好，反之球化效果越差。③加热温度和加热时间的影响。当加热温度比较低(如稍高于Ac1)且加热时间较短时，原片状珠光体中的碳化物溶解不够充分，退火后将得到细粒状加细片状混合的珠光体组织，通常称为“欠热组织”当球化退火加热温度过高时，碳化物大量解入奥氏体．残留碳化物数量减少，奥氏体成分趋向均匀，因形成球状碳化物的核心减少，退火后将得到部分或全部粗大片状珠光体，这就是“过热组织”。欠热组织和过热组织相比较，欠热组织层片间的尺寸短小，当珠光体片层间距稍大时．片的尺寸仍然短小弯曲；过热组织的片间距大、片长且直，即使片间距小，片的形态仍然是长而直的。④冷却速度的影响在球化的冷却条下、冷却速度慢或等温温度高时，碳化物颗粒聚集尺寸增大；冷却速快或等温温度低时，因过冷度增大，碳化物形核率增加，加之聚集不充分，所得碳化物的颗粒细小[15]。表2.3T10A钢的牌号、化学成分和力学性能钢号化学成分（%）CSiMnPST10A0.95～1.04≤0.35≤0.40≤0.030≤0.020冷却速度是影响球化效果的又一因素。冷却速度的大小直接影响到粒状碳化物的颗粒大小和均匀性，当加热温度一定时，冷却速度越小，奥氏体向珠光体转变时在高温区经历时间越长，析出的碳化物进行扩散、聚集的时间就会越充分，形成的碳化物颗粒就越大而且均匀；反之，就会得到硬度偏高的细粒状组织，对切削加工不利。

(5)球化退火球化过程球化过程。球化过程是一个比较缓慢的过程。原始组织为球状珠光体的钢,刚加热到Ac1以上温度时，珠光体中的片状碳化物开始溶解，而又未完全溶解。出于温度低，扩散过程进行得缓慢，此时，一片碳化物逐渐断开，呈许多细小的链状或点状,弥散分布在奥氏体基体上。未完全溶解的碳化物导致奥氏体的成分极不均匀，在随后缓冷过程中，或以原有的碳化物质点为核心，或在奥氏体中碳原子富集的地方产生核心，均匀地形成颗粒状碳化物。刚形成的碳化物颗粒很小，在保温或缓冷过程中发生聚集，长大成较大的颗粒。由此可见，球化过程需要碳原子作较长距离的扩散迁移，最终形成球化组织。(6)试样的等温退火工艺等温球化退火工艺是将共析钢或过共折钢加热到Ac1+(20～30℃)，保温适当时间，然后冷却到则低于Ar1，以下的温度，等温保持一定时间(使等温转变进行完毕)，然后炉冷或空冷的球化退火工艺，如果原始组织个网状碳化物较严重，则需加热到略高于Acm的温度，使网状碳化物溶人奥氏体，然后再较铰地冷却到Arl以下温度进行等温球化退火。在等温球化退火工艺的制订中，奥氏体化温度及等温转变温度十分重要。奥氏体化温度较高，未溶碳化物数量较少，奥氏体晶粒较大，而且其中碳浓度的分布也较均匀，因而和利于球化过程的进行。等温转变温度较低别，碳(及合金元素)在奥氏体中扩散较困难，也不利于球化过程的进行。只有当奥氏体化温度较低，等温转变温度较高的处理规程下，才能得到球化组织[9]。2.4加热温度的经验公式热处理工艺加热温度/℃保热时间/h等温温度/℃等温时间/h等温球化退火普通球化退火Ac1+(20-40)Ac1+(20-40)2～32～3Ac1以下10无4～6无查热处理手册可知，T10A钢属于共析钢，其临界点Ac3为730℃，Ar1则为700℃。其加热温度可选择在740～780℃。根据球化退火的加热温度范围，以760℃为中心在该温度上下分别选择等温退火温度，分别为740℃、760℃和780℃。等温温度为690℃。试样普通球化退火工艺曲线如图2.7所示。图2.7试样等温球化退火工艺曲线(7)试样的普通球化退火工艺普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。试样普通球化退火工艺曲线如图2.8所示。图2.8试样普通球化退火工艺曲线2.3.3试样硬度值的测试金属硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一硬材料压入的能力。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的，它们是金属硬度检测的主要试验方法。这里的洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检验，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的，不可移动工件的硬度检测。等温球化退火理后的试样和普通球化退火处理后的试样，将进行硬度测试，分析试样经不同热处理后的硬度值的大小，从而比较其性能。测定硬度的方法很多，常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验方法。本实验采用洛氏硬度的测试法。洛氏硬度试验是以锥角为120°的金刚石圆锥体或者直径为1.588mm的淬火钢球为压头，在规定的初载荷和主载荷作用下压入被测金属的表面，然后卸载主载荷，从而测得试件硬度的实验。为了能用同一硬度计测定从极软到极硬材料的硬度，可以通过采用不同的压头和载荷，组成15种不同的洛氏硬度标尺，其中最常用的由HRA、HRB、HRC三种。其试验规范如表2.5所示。表2.5三种常用洛氏硬度的试验规范符号压头类型载荷/N硬度有效范围使用范围HRA120°金刚石圆锥体60070～85适用于测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层HRB直径为1.588mm的淬火钢球100025～100适用于测量有色金属、退火钢、正火钢等HRC120°金刚石圆锥体1500N20～67适用于测量调质钢、淬火钢等2.3.4试样的磨制金相试样的磨制一般分为粗磨和细磨两类。粗磨的目的是为了获得平整的金相磨面。一般粗磨都选择在预磨机上进行。本实验将球化退火后的试样在预磨机上磨制，直至试样表面氧化物去除干净，以得到平整的金相磨面，为下一步研磨做准备。将粗磨后的试样用清水冲洗并擦干后再进行细磨。本实验采用手工细磨，即将试样依次在由粗到细的各号金相砂纸上进行细磨。采用的金相砂纸号数有01、02、03、04、05五种（表2.6）。细磨时为了保证观察面的平整，需在金相砂纸下放一块厚玻璃板，磨制时将金相砂纸平铺在厚玻璃板上，用左手按住砂纸，右手握住试样，使金相磨面朝下并与金相砂纸相接触，在轻微压力的作用下向前推磨，用力力求均匀、平稳，防止磨痕过深和造成金相磨面变形；试样退回时要抬起，不能与金相砂纸相接触，用“单程、单向”的磨制方法，直至磨掉试样磨面上的旧痕迹，形成的一层新的、均匀一致磨痕为止。在调换下一号砂纸时，应将试样上的磨屑和砂粒清理干净，并转动90°角，即与上一号砂纸磨擦的磨痕垂直，直到将上一号砂纸留下来的磨痕全部消除为止。这样，依次经过五种砂纸的磨制后，形成磨面平整光滑，犹如镜面时，则细磨结束。表2.6干砂纸编号和粒度尺寸编号磨料尺寸（微米）按粒度标号特定标号W40040-28W280128-10W200210-14W140314-10W100410-7W7057-5W5065-试样的抛光金相试样经细磨后，磨面上仍然存在细微的磨痕及金属扰乱层，影响正常的组织分析，因而必须进行抛光处理，以得到平整、光亮、无痕的金相磨面。本实验采用的是机械抛光法。本实验采用的抛光机型号为P-2，抛光时应在抛光盘上铺以细帆布、平绒、丝绸等抛光织物，并不断滴注抛光液。在本次实验采用抛光液为氧化铬的细粉末状磨料在水中形成的悬浮液。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并且沿着抛光盘的边缘到中心不断地作径向往复运动，同时使试样本身略加转动，使磨面各部分抛光程度-致，并且可以避免出现“曳尾”现象，抛光液的滴入量以试样离开抛光盘后，其表面的水膜在数秒钟内可自行挥发为宜，-般抛光时间为3～5min。待试样磨面光亮无痕，其中石墨或夹杂物保留，且没有“曳尾”现象时，则抛光结束。根据上表可知，T10A钢退火处理和正火处理均可采用HRB的硬度标尺。故采用HRS-150型数显洛氏硬度计测试。洛氏硬度是一种压入硬度试验，以测的深度大小表示材料的硬度值。由于压痕较小，测得的数据不够准确，通常在试样不同部位测定三点取其算术平均值。2.3.6试样的浸蚀抛光后的试样磨面是一光滑的镜面，在金相显微镜下只能看到非金属夹杂物、石墨、孔洞、裂纹等，要观察金属的组织特征，还必须经过适当的浸蚀，使金属组织正确地显示出来。本实验采用的是化学浸蚀法。化学浸蚀法是将抛光好的试样磨面在化学浸蚀剂（常用酸、碱、盐的酒精或水溶液）中浸蚀或擦拭一定的时间，借助于化学或电化学作用显示金属组织的方法。T10A钢采用的浸蚀剂是4%的硝酸酒精溶液，浸蚀时，将试样磨面浸入盛有浸蚀剂的容器内，浸蚀适当时间后（本实验腐蚀时间大约为1s），等磨面发暗时停止浸蚀。然后迅速用清水冲洗干净，用无水酒精擦洗，最后用吹风机吹干。2.3.7显微组织的观察在完成试样的浸蚀后，就可以在金相显微镜下观察试样的金相组织。本实验采用的是4XB型金相显微镜。将浸蚀后的试样在金相显微镜下进行其组织的形态、特征及组成进行分析。

第3章试验结果及分析3.1实验结果3.1.1力学性能试验试样在热处理后进行了硬度测试。试样等温球化退火后，测量其硬度值如下表3.1表所示，普通球化后试样的硬度值如下表3.2所示。表3.1等温球化退火后试样的硬度值（HRB）试样等温球化退火工艺加热温度740℃等温温度690/℃随炉冷至520℃后空冷加热温度760℃等温温度690/℃随炉冷至520℃后空冷加热温度780℃等温温度690/℃随炉冷至520℃后空冷硬度值49.049.550.053.253.654.255.556.456.0平均值49.553.756.0表3.2普通球化退火后试样的硬度值（HRB）试样普通球化退火工艺加热温度740℃随炉冷至520℃后空冷加热温度760℃随炉冷至520℃后空冷加热温度780℃随炉冷至520℃后空冷硬度值/HRB56.957.856.060.561.058.763.364.263.7平均值/HRB56.960.063.7从表3.1和表3.2中的试样的洛氏硬度值可以看出，①T10A钢试样等温球化退火后的硬度低于同样加热温度的普通球化退火。这是因为等温球化退火在等温的时间里碳化物核心能充分长成球化物。②经等温球化退火和普通球化退火的T10A钢试样硬度都随加热温度的升高而升高。这是因为加热温度较低时，奥氏体中残留有未溶碳化物，且奥氏体的碳浓度很不均匀，缓冷时在高碳区可非自发形成碳化物核长大成球状碳化物。或未溶碳化物直接长大形成球状珠光体。相反如果奥氏体化温度较高碳化物溶解完全，奥氏体成分均匀，冷却时章程片状珠光体。3.1.2金像组织试验(1)试样等温球化退火的组织分析为了更好的了解T10A钢热处理后的组织，在进行热处理之后T10A钢的组织进行了金相显微组织的分析，拍了显微组织图，如图3.1所示。其中图3.1（a）是T10A钢在740℃等温退火后放大600倍的显微组织图。从图上可以看到黑色部分和白色部分大体分布均匀，白色部分占的比例大于黑色部分所占比例。其中白色部分为铁素体，黑色部分为珠光体。图3.1（b）为T10A钢在760℃等温退火后放大125倍的显微组织图。图3.1（c）为T10A钢在780℃等温退火后放大600倍的显微组织图。(a）T10A加热温度740℃（600×） （b）T10A加热温度760℃（600×）（b）T10A加热温度780℃（600×）图3.1T10A钢等温球化退火后的组织T10A钢等温球化退火后的室温组织由铁素体和珠光体组成，且随着加热温度低的式样球化率高。780℃比740℃加热温度下的珠光体更粗大。(2)试样普通球化退火的组织分析图3.2所示为T10A钢在740℃、760℃、780℃分别进行普通球化退火后的显微组织图。从图中可以看出，图3.2（a）为T10A在740℃温度下普通球化退火后的组织，图3.2（b）为T10A在760℃温度下普通球化退火后的组织，图3.2(c)为T10A在780℃温度下普通球化退火后的组织。(a)T10A钢加热温度740℃（600X）(b)T10A钢加热温度760℃（600X）(c)T10A钢加热温度760℃（600X）图3.2T10A钢普通球化退火后的组织T10A钢普通球化退火后的室温组织由铁素体和渗碳体组成，在铁素体基体上均匀分布着球状碳化物的球状珠光体。但得到的珠光体部分或全部呈片状，球化率不高。随着将热温度的升高珠光体的形状也更加粗大。(3)相同加热温度下试样球化退火的组织分析为了更好的了解不同球化退火工艺对T10A组织性能的影响本实验将相同温度下进行的等温球化退火和普通球化退火所得到的组织进行分析比较。在图3.3中，图3.3（a）为T10A钢等温球化退火后的组织，图3.3（b）为T10A钢等温球化退火后的组织。加热温度为740℃。（a）T10A钢等温球化退火组织（600×）（b）T10A钢普通球化退火组织（600×）图3.3T10A钢740℃球化退火后的组织在图3.4中，图3.4（a）为T10A钢等温球化退火后的组织，图3.4（b）为T10A钢等温球化退火后的组织，加热温度为760℃。（a）T10A钢等温球化退火组织（600×）（b）T10A钢普通球化退火组织（600×）图3.4T10A钢760℃球化退火后的组织在图3.4中，图3.5（a）为T10A钢等温球化退火后的组织，图3.5（b）为T10A钢等温球化退火后的组织。加热温度为780℃。（a）T10A钢等温球化退火组织（600×）（b）T10A钢普通球化退火组织（600×）图3.5T10A钢780℃球化退火后的组织等温球化退火与普通球化退火后的组织相比：T10A钢等温球化退火后的室温组织由铁素体和珠光体组成，是在铁素体基体上均匀分布着球状碳化物的球状珠光体。球化率高。T10A钢普通球化退火后的室温组织由铁素体和珠光体体组成。但得到的珠光体部分或全部呈片状。球化率不高晶粒组织。3.4等温球化退火和普通球化退火的综合分析及其实际应用对T10A钢而言，等温球化退火和普通球化退火相比，二者的加热温度相同，但等温球化退火经过保温阶段使细小碳化物趋于弥散，这样使得球化效果更好。因此，T10A钢等温球化退火后组织中得珠光体呈球状，珠光体数量较多，且珠光体片间距较小，由于等温球化后的组织较细，所以比完全退火状态具有较好的综合力学性能。正火后钢的硬度略高于退火，因而其切削加工性能更好。一般地说钢的硬度在180～220HBS范围内时，切削加工性能最好。球化退化是碳素工热处理，是保证均匀淬火和防止淬裂以及淬、回火后，碳化物分布均匀一致所不可缺少的。此外，球化退火有时也用于常温下进行塑性加工的碳素结构钢和合金结构钢。球化退火在模具制造中的作用主要体现在以下几个方面：显著提高钢的切削加工性由于切削加工费约占工模具制造费用的80%，故此项费用的节约不应忽视；球化退火后的工具钢，碳化物细致均匀分布，使淬火后的韧度明显提高，可有效防止淬火变形及开裂（因为最剧烈的畸变都是发生在碳化物有变化的情况下）并可提高耐磨性；球化退火使奥氏体晶粒不易粗化，允许有较宽的淬火温度范围。如Cr12型钢淬火温度范围较窄，经球化退火后可得到一定改善。（1）模具钢的球化退火缺陷具钢、合金工具钢、高速工具钢和滚动轴承钢等淬火前必须进行的预备模具钢球化退火常出现球化不完全的组织缺陷。其主要原因是：球化温度偏低，时间太短，片状碳化物未完全溶解，致使球化组织中出现一定比例的细层状珠光体。对已出现这种缺陷的钢件，应严格按工艺重新球化。滚动轴承钢的球化退火滚动轴承钢具有较高的含碳量和含Cr量，其退火后具有与工具钢相同的金相组织（珠光体+碳化物），并常用于取代冷作模具钢，因此具有与工具钢相同的热处理特性。正火对改善粗大网状碳化物的作用：在模具钢中，对于过共析成分的碳素工具钢，如T11~T13和合金工具钢CrMn、CrWMn、CrW5等钢种，由于先共析碳化物往往沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，降低了钢的塑性和韧性，增大了脆性，同时给退火时珠光体的球化以及淬火时加热温度的选择都带来了严重的影响。网状碳化物是钢件在锻（轧）后的堆冷或空冷时较慢冷却过程形成的。如果锻造（或轧制）时在两相区800~900℃之间停锻（或轧），此时先共析碳化物虽然沿奥氏体晶界优先析出，但形变尚在继续进行，仍可将析出的网状碳化物破碎。这种办法由于影响锻锤（或轧机）的生产率（通常形变的终止温度在1000℃右），生产上很难采用这一办法。另一办法是锻（或轧）后，将钢件散置并快速冷