碳素鋼熱處理一、 實驗目的（1） 了解碳素鋼基本熱處理（退火、正火、淬火、及回火）的工藝方法和主要設(shè)備。（2） 研究碳的質(zhì)量分數(shù)，加熱溫度、冷卻溫度，回火溫度對鋼性能的影響。（3） 熟悉硬度計的使用。二、 實驗內(nèi)容（1） 表3所列工藝進行熱處理操作實驗。（2） 測定熱處理后試樣的硬度（爐冷、氣冷試樣測HRB，其余試樣測HRC）。三、 實驗原理碳素鋼熱處理工藝主要有退火、正火、淬火及回火。加熱溫度、保溫時間和冷卻速度，是達到熱處理良好效果的最重要工藝參數(shù)。1.加熱溫度（1） 退火 亞共析鋼加熱至Ac3+(2030)(完全退火)；共析鋼，過共析鋼加熱至Ac1+(2030)（球化退火），得到粒狀滲碳體，硬度降低，以利切削加工。（2） 正火 亞共析鋼加熱至Ac3+(3050)；過共析鋼加熱至Accm+(3050),即加熱至奧氏體單相區(qū)。退火和正火的加熱溫度范圍，見圖1.（3） 淬火 亞共析鋼加熱至Ac3+(3050)；共析鋼和過共析鋼加熱至Ac1+(3050)，淬火的加熱溫度范圍，見圖2. 圖1 退火和正火的加熱溫度范圍 圖2 淬火的加熱溫度范圍鋼的成分，原始組織及加熱速度等皆影響臨界點Ac1，Ac3，Accm的位置。熱處理前需認真查閱有關(guān)的材料手冊，按規(guī)范操作。否則，得不到預期的組織。如加熱溫度過高。晶粒容易長大，材料氧化，脫碳和變形而失去效能。幾種碳素鋼的臨界點，見表1.表1 幾種碳素鋼的臨界點wc/%臨 界 點 淬火溫度Ac1Ac3Accm0.2727835T8608800.4800T8408600.6750T7908000.8727T7808001.0850T7608001.2895T760800注：T為過熱度，取決于加熱速度，一般為515。（1） 回火 碳素鋼淬火后需盡快回火，按熱溫度的不同，可分為三種：1）低溫回火 加熱溫度150250，目的是得到回火馬氏體。部分降低淬火應力，減少脆性并保持淬火碳素鋼的高硬度。用于切削工具、冷作模具、滾動軸承等。2）中溫回火 加熱溫度350500，目的是得到回火托氏體，較多的降低淬火應力，有高的韌性和彈性極限。用于彈簧鋼等熱處理。3）高溫回火 加熱溫度500650，目的是得到回火索氏體，消除淬火應力。強度、硬度、沖擊韌度較好。淬火加上高溫回火又稱調(diào)質(zhì)，用于重要零件，如主軸，齒輪等。2.保溫時間 為了保證工件內(nèi)外均達到指定的溫度，使碳化物溶解和奧氏體成分均勻化，工件升溫和保溫所需要的加熱時間要給與保證。保溫的加熱時間需考慮諸多因素，可參考有關(guān)手冊數(shù)據(jù)。據(jù)經(jīng)驗估算，按工件有效厚度在空氣介質(zhì)爐中每毫米碳素鋼需1min1.5min；合金鋼則需2min左右。利用鹽浴爐加熱，時間可減半。3.冷卻速度 熱處理時要充分注意不同的冷卻方法，具體說：退火一般采用隨爐冷卻；正火（又稱常化）采用出爐置于空氣中冷卻，大件則常常需要加吹風。淬火工藝則較復雜。一方面要求工件冷卻大于臨界冷卻速度，目的是得到全部馬氏體組織或下貝氏體組織；另一方面又要要求工件減緩冷卻速度，避免淬火應力過大，造成開裂或變形。理想的冷卻是過冷奧氏體在最不穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)（650550）盡快冷卻，迅速渡過危險區(qū)域，而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（30020）盡量降低冷卻速度。淬火時的理想冷卻曲線示意圖，見圖3.圖3 淬火時的理想冷卻曲線示意圖四、 實驗步驟（1） 全班分成兩組，每組一套試樣（45試樣8塊，T12試樣8塊）爐冷試樣由實驗室預先準備好。（2） 一加熱溫度的45和T12鋼試樣放入860和780爐子內(nèi)加熱（爐溫預先由實驗室升好）保溫1520min后，分別進行水冷、油冷、氣冷操作。45鋼750水冷試樣待780爐中試樣處理完后再進行。（3） 每組將水冷試樣各取出三塊45和T12試樣分別放入200、400、600的爐內(nèi)回火，回火保溫時間為30分鐘。（4） 淬火時，試樣要用鉗子夾住，動作要快，并不斷在水中攪拌，以免影響熱處理質(zhì)量，取放試樣要預先將爐子電源關(guān)掉。（5） 熱處理后試樣用砂紙磨去兩端面氧化皮，然后測量硬度（HRC NRB）。（6） 一個同學都將自己測定的硬度填入表1-3中（每個試樣打三點），并記下實驗的全部數(shù)據(jù)，以供分析。五、 實驗設(shè)備、儀器及材料（1） 線切割機。 （2） 砂輪機。 （3） 各種熱處理爐。 （4） 淬火油箱。 （5） 硬度計。六、 實驗結(jié)果七、 思考題表3 實驗任務表鋼號熱處理工藝硬度值HRC或HRB加熱溫度冷卻方法回火溫度123平均45860爐冷氣冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷鋼號熱處理工藝硬度值HRC或HRB加熱溫度冷卻方法回火溫度123平均T12860爐冷氣冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷八、 實驗報告要求（1） 寫出實驗目的。（2） 列出全部試驗數(shù)據(jù)，填表1-3.分析碳含量、淬火溫度、淬火介質(zhì)及回火溫度對碳鋼性能（硬度）的影響，畫出它們同硬度的關(guān)系的示意曲線，并根據(jù)鐵碳相圖、C曲線（CCT曲線）和回火時的轉(zhuǎn)變闡明硬度變化的原因。