碳鋼的熱處理
一、 實驗目的
1. 了解碳鋼的基本熱處理工藝方法
2. 研究冷卻條件與鋼性能的關系
3. 分析淬火和回火溫度對鋼性能的影響
二、 實驗設備和試件
1. 實驗設備：SX-10M-2.5型箱試電阻爐
2. 試件：45鋼、30鋼及T8鋼試件各一件
3. 45鋼淬火后的試件三件
三、 實驗原理
熱處理是一種重要的金屬加工工藝方法，目的是提高鋼的性能（使用性能和工藝性能）。鋼的熱處理的工藝特點是，將鋼加熱到一定的溫度，保溫一定的時間，然后以一定的冷卻速度進行冷卻。通過該工藝過程使鋼的性能發(fā)生改變。
四．實驗內容和步驟
（一） 鋼的淬火熱處理
淬火熱處理就是把碳鋼加熱到AC3或者AC1以上30-50°C，保溫后放倒不同的冷卻介質中進行快速冷卻（冷卻速度大于臨界冷卻速度），以得到馬氏體組織（M）。淬火后的組織為馬氏體和殘余奧氏體。
1. 淬火溫度的確定
根據材料的不同，在表1中查得其臨界溫度AC3或者AC1，然后加上40°C，就可以得到其加熱溫度。
亞共析鋼（45鋼，30鋼）：
加熱溫度=AC3 + 40°C
過共析鋼（T10鋼）：
加熱溫度=AC1 + 40°C
所以最終30鋼的加熱溫度= °C + 40°C=
45鋼的加熱溫度= °C + 40°C=
45鋼的加熱溫度= °C + 40°C=
2. 保溫時間的確定
零件隨爐子加熱達到所需的加熱溫度以后，還要進行一段時間的保溫，以保證整個零件均勻充分地達到所需要的溫度。顯然保溫時間跟工件的大小和形狀有關系。
通過測量零件的尺寸，然后查表2，計算試件的保溫時間。
零件的尺寸為直徑二十毫米的圓柱形零件，所以30鋼、45鋼、T10鋼的保溫時間分別為：
3. 冷卻介質的選擇
冷卻是淬火的關鍵工序。它直接影響淬火后的鋼的性能。淬火的冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以獲得過冷馬氏體組織。同時在冷卻過程中還要控制結晶過程中內應力的產生，防止變形和開裂的發(fā)生。
為了保證淬火效果，應選擇合適的冷卻介質和冷卻方法。本實驗中我們選擇室溫下的水作為冷卻介質。
4. 工件放入爐中，設定電爐溫度控制器的加熱控制溫度，開始加熱。
5. 電爐達到設定溫度后，開始保溫的計時
6. 工件出爐，快速放入水中冷卻。
（二） 鋼的回火熱處理
鋼在淬火后得到的馬氏體組織硬而脆，且工件內部有很大的內應力。回火的目的是消除內應力，適當降低硬度，改善加工性能。根據不同的工藝要求，回火分為高溫回火，中溫回火和低溫回火三種工藝方法，其溫度的選擇及組織性能的變化見表3.
回火的冷卻方式為空冷，即工件出爐后放在室溫下慢慢冷卻。
1. 工件放入爐中，設定電爐溫度控制器的加熱控制溫度，開始加熱。
2．電爐達到設定溫度后，開始保溫的計時，保溫時間為30分鐘
3. 工件出爐，放在室溫下慢慢冷卻。
表1. 各類碳鋼的臨界溫度
|
鋼號 |
臨界溫度°C |
|||
|
AC1 |
AC3/Accm |
Ar1 |
Ar3 |
|
|
20 |
735 |
855 |
680 |
835 |
|
30 |
732 |
813 |
677 |
835 |
|
40 |
724 |
790 |
680 |
796 |
|
45 |
725 |
760 |
690 |
750 |
|
50 |
725 |
760 |
690 |
750 |
|
60 |
727 |
760 |
695 |
721 |
|
T7 |
730 |
770 |
700 |
|
|
T8 |
730 |
|
700 |
|
|
T10 |
730 |
800 |
700 |
|
|
T12 |
730 |
820 |
700 |
|
表2. 保溫時間計算經驗值表
|
加熱溫度(°C)
|
工件形狀 |
||
|
圓柱形 |
方形 |
板形 |
|
|
保溫時間 |
|||
|
分鐘/毫米直徑 |
分鐘/毫米厚度 |
分鐘/毫米厚度 |
|
|
700 |
1.5 |
2.2 |
3 |
|
800 |
1.0 |
0.5 |
2 |
|
900 |
0.8 |
1.2 |
1.6 |
|
1000 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
|
|
|
|
|
表3. 45#鋼淬火后不同溫度回火后組織性能的變化
|
回火溫度 |
回火后的組織 |
回火后的硬度HRC |
性能特點 |
|
150-250 |
回火馬氏體+殘余奧氏體+碳化物 |
57-60 |
高硬度, 內應力減小 |
|
350-500 |
回火屈氏體 |
35-45 |
硬度適中,高彈性 |
|
500-650 |
回火索氏體 |
20-30 |
良好的塑性韌性和一定強度配合得綜合性能 |
