9sicr试验报告

9SiCr钢的热处理工艺与组织性能之间的关系

摘要：试验通过将9SiCr试件进行不同的热处理工艺，比较处理后得到组织的性能。首先取6个9SiCr试件，分别进行正火、退火、淬火处理；并将其中三个淬火件在不同温度下（150℃、450℃、550℃）进行回火处理。逐个对处理后的试件进行硬度测量，并对硬度值进行比较分析。打磨剖光后观察显微组织，对比分析不同热处理方式对材料组织性能的影响。9SiCr钢在900℃加热温度下正火，得到珠光体组织；在800℃下进行退火处理得到珠光体组织硬度下降塑性韧性增强；在850℃下进行淬火处理得到板条马氏体，具有较高的硬度和较好的韧性；淬火后的试件在150℃下进行回火处理，得到回火马氏体，部分消除了淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍保持钢的高硬度；在450℃下进行回火处理，得到回火屈氏体，为铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物，具有很好的弹性和一定的韧性；在550℃下进行回火处理，得到回火索氏体，为铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物，具有良好的综合机械性能。

关键词：9SiCr钢正火退火淬火回火马氏体

The influence of different heat treating fashion on organization and properties of 9SiCr steel

Abstract: The experiment is contrast the function after the different heat treating to the 9SiCr .In the first place, prepare six 9SiCr samples,normalization、annealing and quench, then take three of the quenching samples heat in different temperature. Measure the hardness of the samples, and then contrastive analysis. Observe the organizations after polish, contrastive and analysis the influence by different heat treatment. 9SiCr steel normalizating under 900℃,get the pearlite. Annealing under 800℃,get the pearlite, the hardness descend and the plasticity and tenacity heighten. Quenching under 850℃,get martensite ,high hardness and highe tenacity.Backfire the quenching samples under 150℃,get martensite,partly eliminate the internal stress, increase the tenacity and keep the steel’s high hardness. Backfire under 450℃,get tempered troostite,high elasticity and tencity. Backfire under 550℃,get sorbite have fine machinery function.

Key word:9SiCr steel normalization annealing quench backfire marrensite

目录

第一章．绪论 (5)

1.1 9SiCr钢概况 (5)

1.1.1 9SiCr钢的组织特点及其合金元素对钢的作用 (5)

1.1.2 9SiCr 钢的性能特点及其热处理工艺 (6)

第二章．实验过程 (8)

2.1 原材料及设备 (8)

2.2 实验过程 (8)

第三章实验结果及分析 (9)

3.1组织分析..................................... (9)

3.2硬度分析.......................... . (13)

第四章结论 (14)

参考文献 (15)

第一章绪论

1.1 9SiCr钢概况

9SiCr钢比铬钢具有更高的淬透性和淬硬性，并且具有较高的回火稳定性。适于分级淬火和等温淬火。其主要缺点是加热时脱碳倾向性较大。9SiCr钢通常用于制造形状复杂、变形小、耐磨性要求高的低速切削刃具，如钻头、螺纹工具、手动绞刀、搓丝板及滚丝轮等；也可以作冷作模具，如冲模、打印模等，此外，还用于制造冷轧辊，矫正辊以及细长杆件。

1.1.19SiCr钢的组织特点及其合金元素对钢的作用

1．9SiCr钢的组织特点：

9SiCr钢为合金工具钢，900℃加热温度下正火，得到珠光体组织；在800℃下进行退火处理得到珠光体组织；在850℃下进行淬火处理得到板条马氏体；淬火后的试件在150℃下进行回火处理，得到回火马氏体；在450℃下进行回火处理，得到回火屈氏体，为铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物;在550℃下进行回火处理，得到回火索氏体，为铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。

2．9SiCr钢中合金元素对钢的作用：

表1.1 9SiCr钢中合金元素含量表：

①铬（Cr）：9SiCr中的Cr、Si元素提高淬透性，强化基体组织。另外Cr元素融入Fe3C 中，提高钢的硬度和耐磨性。

②硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

③锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。在钢中加入0.70%以上时，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

④磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

⑤硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。

1.1.2 9SiCr钢的性能特点及其热处理工艺

1．9SiCr钢的性能特点：

高碳合金工具钢，韧性较好，具有较好的回火稳定性，热处理时变形小。该钢中碳化物分布均匀，不易析出碳化物网，并易于正火消除，通过正火可以消除网状以及粗片碳化物组织。但是抗压强度和耐磨性不足，加工性较差。该钢的表面残余含碳量为0.6%—0.7%的脱碳层时，由于碳化物的减少使得表面层的过热敏感性增大。经正常加热淬火以后表面硬度仍可以达到60—62HRC，但其抗弯强度却下降40%—50%。表面层晶粒度达到7级，心部为10级。

2．9SiCr钢的热处理工艺：

1．正火工艺图：

温度

图1.1 850℃正火工艺

2．退火工艺图：

温度

图1.2 800℃退火工艺

3．淬火工艺图：

温度

850℃

1h 油冷

图1.3 850℃淬火工艺

4．淬火工艺图：

温度

图1.4 850℃淬火工艺

5．回火工艺图：

（1）温度

图1.5.1 150℃回火工艺

（2）温度

图1.5.2 450℃回火工艺

（2）温度

图1.5.3 550℃回火工艺

第二章实验过程

2.1 实验材料及设备

实验材料为9SiCr钢试样6个。实验设备主要有热处理炉、洛氏硬度计、金相显微镜、抛光机、淬火用油槽、照相设备等。

2.2实验过程

1.取9SiCr钢试样6个，分别标号1、2、3、4、5、6。

2取1件进行正火处理，正火温度850℃，保温1h，空冷

取2件进行退火处理，退火温度800℃，保温1h，空冷

取3、4、5、6件进行淬火处理，淬火温度850℃，保温1h，油冷

将其中正火后的4、5、6号试样进行不同温度的回火处理，处理工艺如表格2.1：

表2.1

3.取处理后的6个试样粗略打磨，分别测量其洛氏硬度，记录并比较分析。

4.分别将6个试样用不同型号砂纸打磨，抛光，腐蚀，烘干，然后观察金相组织，拍摄金相相片，进行比较分析。

第三章实验结果及分析

3.1 组织分析

1.900℃正火后的金相组织

图3.1 900℃加热正火合金的显微组织

分析：从金相照片观察，正火空冷后得到珠光体组织，为片状珠光体。正火时冷却，先共析产物（铁素体，渗碳体）不能充分析出，先共析相的数量较少，珠光体数量较多，珠光体片间距较小。图中可看到清晰的间距小的珠光体组织，由于试样打磨不平，金相照片出现较虚的情况，给分析带来一定不便。正火是材料的预备热处理工艺，用来降低硬度，便于切削加工，消除热加工后的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做准备。

2.800℃退火后的金相组织：

图3.2 800℃加热退火合金的显微组

分析：退火后组织细化，形成粒状马氏体。但由于打磨过程中剖光不到位，有一些点状杂质，影响组织观察。

3.850℃淬火后的金相组织：

图3.3 850℃加热淬火合金的显微组织

分析：如图，可以观察到此淬火温度下形成针状马氏体组织，在针状马氏体之间白色的铁素体存在。针状马氏体的大小不一。同时有些马氏体有一条中脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体。

4.150℃回火后的金相组织

图3.4 150℃加热回火合金的显微组织

分析：低温回火得到回火马氏体组织。任然保留了原有马氏体的形态特征。针状马氏体回火析出了极细的碳化物，容易受到侵蚀，在显微镜下呈黑色针状。低温回火后马氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈白亮色。低温回火后可以部分消除淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保持钢的高硬度。

5.450℃回火后的金相组织：

图3.5 450℃回火合金的显微组织

分析：中温回火得到回火屈氏体组织，是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。铁素体基体基本上保持了原马氏体的形态，第二相渗碳体则析出在其中，呈极细颗粒状，用光学显微镜极难分辨。中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。

5.550℃回火后的金相组织：

图3.6 550℃回火合金的显微组织

分析：高温回火组织为回火索氏体，是由铁素体与较粗的粒状渗碳体索组成的机械混合物。碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再结晶，呈等轴细晶粒状。经充分回火的索氏体已没有针的形态。

3.2 硬度分析

五个试样的洛氏硬度值测试如下表3.1：

表3.1

分析：9SiCr钢在900℃加热温度下正火，得到珠光体组织硬度为41.3HRC；在800℃下进行

退火处理得到珠光体组织硬度下降塑性韧性增强硬度降为25.03HRC；在850℃下进行淬火处理得到板条马氏体，硬度最高；淬火后的试件在150℃、450℃、550℃下进行回火处理，分别得到回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体，随回火温度的增高硬度下降，塑性韧性增强。550℃回火时得到的回火索氏体综合机械性能最好。

第四章结论

结论：

本次实验通过对9SiCr钢进行不同的热处理，得到了不同的组织，性能也有很大差异。在实验的设计过程中，我对热处理方面的知识有了进一步的了解，并结合实际设计出了一套可行的实验方案。实验过程中我尽量完全按照实验方案操作，以便获得更准确的实验结果。在操作过程中通过不断的尝试我也发现了很多问题。

在氧化介质中，钢进行长时间加热，表面就会脱碳，表面上全由单一的铁素体组成。工件在热处理过程中脱碳是重要缺陷之一，要观察组织需将脱碳层去掉。钢在加热时形成粗大奥氏体晶粒的现象为过热。过热的钢淬火得到粗大的马氏体组织，淬火时易造成工件变形，甚至开裂，而且冲击韧性也低。过热的钢一般可以采取用重新加热的方法来补救。

在实验进行热处理时，注意冷却的及时性，冷去速回对实验结果有影响。在磨金相是，不同的砂纸型号打磨时用力的程度是不同的，以免产生划痕。抛光也不能用太大劲，腐蚀要注意腐蚀速度，腐蚀严重或腐蚀太轻都无法观察金相组织，要严格控制腐蚀程度。当然实验也不是很容易成功，会有很多因素影响实验结果，尽量做得仔细会避免很多错误。

在今后的学习中，我将加强自己的动手实践能力，以实验这种更直观的方式去深入研究金属材料，以使自己成为一名专业知识过硬的材料学子。

参考文献：

【1】陈惠芬《金属学与热处理》[M] 冶金工业出版社 2009.2

【2】胡光立，谢希文《钢的热处理（原理和工艺）》[M] 西北工业大学出版社 2004.9 【3】王忠诚《热处理常见缺陷分析与对策》[M] 化学工业出版社 2007.9

张廷楷、高家诚、冯大碧《金属学及热处理实验指导书》[M] 重庆大学出版社 1998.7 [4]刘爱国《材料科学与工程专业英语》[M] 哈尔滨工业大学出版社 2007.10