实验三 钢的退火、正火工艺

实验三钢的退火、正火工艺

一、实验目的

1.了解钢的退火、正火工艺方法。

2.认识钢退火、正火后的金相组织。

3.分析退火、正火对碳钢性能的影响。

二、实验原理

钢的退火

退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却

（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。目的是使经

过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使

化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。

常用的退火工艺有：①完全退火。用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊

接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变

为奥氏体的温度以上30〜50℃,保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷

却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。②球化退火，用以

降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体

的温度以上20〜40℃,保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状

渗碳体变为球状，从而降低了硬度。③等温退火。用以降低某些银、铭含

量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却

到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体,

硬度即可降低。④再结晶退火。用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过

程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥

氏体的温度以下50〜150c,只有这样才能消除加工硬化效应使金属软

化。⑤石墨化退火。用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸

铁。工艺操作是将铸件加热到950c左右，保温一定时间后适当冷去〕，使

渗碳体分解形成团絮状石墨。⑥扩散退火。用以使合金铸件化学成分均匀

化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可

能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓

冷。⑦去应力退火。用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品

加热后开始形成奥氏体的温度以下100〜200C,保温后在空气中冷却，即

可消除内应力。

钢的正火

将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中

冷却的热处理工艺称为正火。

正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。

正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温

度为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。正火冷却

方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可

采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要

求的组织和性能。正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍

快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要

求时，尽可能选用正火。

三、实验内容及步骤

•每组按要求领取试样。

・按照Fe—FeC3相图确定退火加热温度及保温时间，并在加热炉面板上

完成对加热温度及时间的设定。

・将试样放入炉内，关上炉门，按下开关，开始加热。完成热处理之后取

出试样。

•对热处理后的试样磨制、抛光和腐蚀后，进行显微组织观察。

•将热处理前后的试样表面用砂纸(或砂轮)磨平,并分别测出洛氏硬度

值(HRC或HRB)o

将材料含碳热处理工艺浸蚀剂硬度显微组织特征

实量处理前处理后

验

数

据

填

入

表

并

绘

出

其

金

相

组

织

图

O

序

弓

145钢0.45860℃炉冷3%硝酸

%（退火）酒精

245钢0.45860℃空冷3%硝酸

%（正火）酒精

四、实验设备及材料

1.箱式电炉及控温仪表

2.洛氏硬度计

3、试样材料：45钢

4.金相显微镜

五、注意事项

1.本实验加热所用设备为电炉，电炉一定要接地，在放、取试样时必须

先切断电源。

2、往炉中放，取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。

六、实验报告要求

1.实验目的。

2.绘制出45钢退火、正火前后金相组织。

3.分析实验中存在的问题。

实验四钢的淬火工艺

一、实验目的

1.了解钢的淬火工艺方法。

2.认识钢淬火后的金相组织。

3.分析淬火对钢性能的影响。

二、实验原理

钢的淬火

所谓淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Acl（过共析钢）以上30〜

50C,保温后放入各种不同的冷却介质中（V冷应大于V临），以获得

马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组

O

为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、

保温时间和冷却速度。

（1）淬火温度的选择

选定正确的加热温度是保证

淬火

质量的重要环节。淬火时的具体加热温度

主要取决于钢的含碳量，可根据相

图确定（如图4所示）。对亚共析钢，其

加热温度为+30〜50C,若加热温

度不足（低于），则淬火组织中将出

现铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为+30〜

50℃,淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。后者的存在可提高钢的

硬度和耐磨性。

(2)保温时间的确定

淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间

及在淬火温度停留保温所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形

状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来

估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。

表1碳钢在箱式电炉中保温时间的确定

工件形状

加热圆柱形方形板

温度CC)保温时间

分钟/每毫米直径分钟/每毫米厚度分钟/每毫米厚度

7001.52.23

8001.01.52

9000.81.21.6

10000.40.60.8

(3)冷却速度的影响

冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和

性能。冷却时应使冷却速度大于临界

冷却速度，以保证获得马氏体组织；

在这个

前提下又应尽量缓慢冷却，以

减少钢中的内应力，防止变形和开

裂。为此，可根据C曲线图(如图2

r/s

所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（650〜550℃）进

行快冷（即与C曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300-100℃）时

冷却速度则尽可能小些。

为了保证淬火效果，应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火

等）。不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却速度有所差别。各种冷却

介质的特性见表2。

表2几种常用淬火介质的冷却能力

在下列温度范围内的冷却速度（℃/秒）

冷却介质

650〜550℃300〜200c

18℃的水600270

50℃的水100270

10%NaCl水溶液（18C）1100300

10%NaoH水溶液（18D1200300

10%NaoH水溶液（18D800270

蒸储水（50℃）250200

硝酸盐（200℃）35010

菜籽油（50℃）20035

矿务机油（50℃）15030

变压器油（50℃）12025

三、实验内容及步骤

•每组按要求领取试样。

•按照Fe—FeC3相图确定淬火加热温度及保温时间，并在加热炉面板上

完成对加热温度及时间的设定o

・将试样放入炉内，关上炉门，按下开关，开始加热。完成热处理之后取

出试样。

•对热处理后的试样磨制、抛光和腐蚀后，进行显微组织观察。

・将热处理前后的试样表面用砂纸(或砂轮)磨平,并分别测出洛氏硬度

值(HRC或HRB)o

•将实验数据填入下表。

材编淬火工艺硬度

加热保温冷却处理前处理后组织

料

号温度时间方式(HR)(HR)

1

45#

2

3

HRB40

04

四、实验设备及材料

1.箱式电炉及控温仪表

2.洛氏硬度计

3.冷却介质：水、油(室温)

4、试样材料：45钢、HRB400

5.金相显微镜

五、注意事项

L本实验加热所用设备为电炉，电炉一定要接地，在放、取试样时必须

先切断电源。

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