碳钢的热处理
实验三 碳钢的热处理
实验三碳钢的热处理一、实验目的1. 了解碳素钢的基本热处理(退火、正火、淬火及回火)的工艺方法。
2. 研究冷却条件与钢性能的关系。
3. 分析淬火及回火温度对钢性能的影响。
4. 学会洛氏硬度计的使用。
二、实验设备和材料设备：箱式电炉和控温仪表，洛氏硬度计，皮手套，夹钳，淬火矿物油，水，砂纸等。
材料：45号钢、T12 钢样若干。
三、热处理工艺及其设计碳素钢普通热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。
加热温度、保温时间和冷却速度，是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。
（一）设计、制定热处理工艺规范钢的热处理是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种热加工工艺，它的基本过程包括：将钢加热到选定温度，在该温度下保持一段时间，然后用选定的速度冷却。
由于工件的成份、形状、大小不同，所以应该选择不同的加热温度、保温时间和冷却速度。
热处理的工艺参数主要包括：加热温度、保温时间、冷却速度。
1．加热温度的选择（1）退火：亚共析钢加热至Ac3+(20︒C～30︒C)(完全退火)；共析钢，过共析钢加热至Ac l+(20︒C～30︒C)(球化退火)，得到粒状渗碳体，硬度降低，以利切削加工。
由于退化时间较长，本次不做退火实验。
（2）正火：亚共析钢加热至Ac3+(30︒C～50︒C)；过共析钢加热至Accm+ (30︒C～50︒C)。
即加热到奥氏体单相区。
（3）淬火：亚共析钢加热至Ac3+(30︒C～50︒C)；共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30︒C～50︒C)。
（4）回火：碳素钢淬火后需尽快回火，按加热温度的不同，可分为三种：低温回火：加热温度150︒C～250︒C，目的是得到回火马氏体，降低淬火应力，减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。
用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等。
中温回火：加热温度350︒C～500︒C，目的是得到回火托氏体，较多地降低淬火应力，有高的韧性和弹性极限。
用于弹簧钢等热处理。
高温回火：加热温度500︒C～650︒C，目的是得到回火索氏体，消除淬火应力。
碳钢热处理实验
碳钢热处理实验实验简介碳钢热处理实验是对碳钢材料进行高温处理的一种实验，通过调整加热温度、保温时间、冷却方式等条件，使材料在不同的金相组织状态下达到不同的性能要求，进而探究碳钢材料的金相变化规律和性能变化规律。
实验步骤1.制作试样：选取碳钢材料，根据实验需要制作成不同形态的试样，一般常用的有圆柱形、平板形和带孔形试样。
2.加热处理：将试样置于坩埚内，加热到所需处理温度，并保持一定时间，使其达到准确的热加工目的。
3.冷却处理：根据所需处理的不同状态和要求，进行不同方式的冷却处理。
通常使用快速冷却或淬火，使样品的组织达到最佳状态。
4.金相分析：对处理过的试样进行金相分析，观察其晶粒大小、晶粒形态、相态比例等组织特征，以及硬度、韧性等力学性质，用于判断处理结果是否达到要求。
实验原理碳钢热处理是通过制定不同的加热制度，使钢材达到额定的显微组织状态，从而使得其性能得到显著提高的一种方法。
钢材的热处理过程中，其晶粒大小和晶间间隔、相比例、相组成等组织结构的改变，直接影响着钢材的硬度、韧性等力学性质。
碳钢的组织状态分为珠光体、铁素体、马氏体、贝氏体四种，其中最基础的是铁素体。
在碳钢的高温加热过程中，随着温度的升高，钢材的铁素体晶粒继续长大，在一定温度范围内，钢材材料的组织结构逐渐趋于稳定，直到组织结构的变化基本停止。
这个过程叫做晶粒长大过程，是钢材处理的基本实现原理。
在达到所需的晶粒组织状态之后，为了保持其晶粒状态，并提高其硬度和韧性，需要进行快速冷却或淬火操作。
由于快速冷却或淬火的过程中，钢材的温度急剧降低，使其组织状态变得更加稳定，此时钢材的硬度和韧性得到显著提高。
实验结果在碳钢热处理实验中，不同的处理方式对材料的性质有很大的影响。
通常情况下，提高处理温度和时间，会使钢材的晶粒变大，组织变得稳定，并且硬度和韧性降低；而快速冷却或淬火则会使钢材的晶粒变小，组织变得更加稳定，并且硬度和韧性得到提高。
然而，实际上不同的碳钢材料和处理方式，处理结果也各不相同。
中碳钢或中碳合金钢最佳的热处理方式
中碳钢或中碳合金钢最佳的热处理方式中碳钢或中碳合金钢的最佳热处理方式主要取决于所需的机械性能和用途。
以下是几种常用的热处理方式：
1.淬火：淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却，在水、油或其他淬火介质中冷却。
淬火可以使中碳钢的硬度大幅提高，但也会产生一些问题，如易于开裂、易于变形等。
因此，在淬火之后，需要进行进一步的热处理，如回火、正火等。
2.回火：回火是一种重要的热处理工艺，它是在淬火后进行的，通过加热到一定的温度并保持一段时间，以调整钢材的机械性能。
回火可以消除淬火引起的内应力，降低脆性，提高韧性。
3.调质处理：调质处理是淬火和回火的结合，通常在铸件或锻件完成后再进行。
调质处理可以使中碳钢的强度和韧性得到提高，并且改善其综合机械性能。
4.等温淬火：等温淬火是一种特殊的热处理方式，它通过将钢材加热到临界温度以上，然后在等温介质中缓慢冷却，以获得良好的机械性能。
等温淬火可以改善钢材的耐磨性、抗疲劳性能和抗腐蚀性能。
根据实际需求选择合适的热处理方式，以达到所需的机械性能和用途。
碳钢热处理实验原理
碳钢热处理实验原理热处理是指通过加热和冷却对金属材料进行处理，以改变其组织结构和性能的方法。
碳钢是一种具有良好机械性能和可加工性的金属材料，在工业生产中广泛应用。
碳钢的热处理可以通过调整加热温度、保温时间和冷却方式来改变其组织结构和性能。
碳钢的热处理可以分为退火、正火、淬火和回火四个步骤。
这些步骤的目的是通过控制加热和冷却过程，使碳钢材料达到所需的硬度和韧性。
首先是退火过程。
退火是将材料加热到一定温度，保持一段时间后缓慢冷却的过程。
退火可以消除材料中的内应力，改善其加工性能。
碳钢的退火温度一般在800°C至900°C之间，保温时间根据材料的厚度和硬度要求而定。
退火后的碳钢组织结构为珠光体，具有较好的塑性。
接下来是正火过程。
正火是将材料加热到一定温度，保持一段时间后冷却到室温的过程。
正火可以使碳钢材料达到一定的硬度和强度。
正火温度一般在750°C至900°C之间，保温时间根据材料的厚度和硬度要求而定。
正火后的碳钢组织结构为马氏体和残余奥氏体，具有较高的硬度和强度。
然后是淬火过程。
淬火是将材料加热到一定温度，保持一段时间后迅速冷却的过程。
淬火可以使碳钢材料达到最高的硬度和强度。
淬火温度一般在800°C至900°C之间，保温时间根据材料的厚度和硬度要求而定。
淬火后的碳钢组织结构为马氏体，具有最高的硬度和强度。
最后是回火过程。
回火是将淬火后的材料加热到一定温度，保持一段时间后冷却的过程。
回火可以使碳钢材料的硬度和韧性达到平衡。
回火温度一般在300°C至700°C之间，保温时间根据材料的硬度和韧性要求而定。
回火后的碳钢组织结构为马氏体和残余奥氏体的混合物，具有一定的硬度和韧性。
在碳钢热处理实验中，需要根据材料的要求选择适当的加热温度、保温时间和冷却方式。
不同的热处理工艺可以使碳钢材料达到不同的性能指标。
通过实验可以验证不同热处理工艺对碳钢材料组织结构和性能的影响，为工业生产提供参考依据。
碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定
淬火、回火是钢件的重要热处理工艺。所谓 淬火就是将钢件加热到Ac或Acl以上，保温后放 入放入各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得 马氏体组织的热处理操作。 钢件，特别是高碳钢件经淬火后得到马氏体 组织时，材质硬而脆，并且工件内部存在很大的 内应力，如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂； 一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化 而失去精度，甚至开裂。因此钢件淬火后必须立 即进行回火处理。
表6—1 碳钢的临界点
类 别 钢 号 临 界 点（℃）
Ac1
Ac3或Accm
Ar1
Ar3
碳 素 结 构 钢
20 30 40 45 50 60
735 732 724 724 725 727 730 730 730 730 730
855 813 790 780 760 766 770 － 800 820 830
（5） 残余奥氏体（Ar） 当奥氏体中含碳量>0.5％时， 淬火时总有一定量的奥氏体不能转变成为马氏体，而保留 到室温，这部分奥氏体就是残余奥氏体，它不易受硝酸酒 精腐蚀剂的浸蚀，在显微镜下呈白亮色，分部在马氏体之 间，无固定形态，淬火后来经回火， Ar与马氏体很难区 分，都呈白亮色，只有马氏体回火后才能分辨出马氏体间 的残余奥氏体。 （6） 回火马氏体(Mr) 高碳马氏体经低温回火(150～ 250oC)后，马氏体分解，析出与母相共格的极细小的弥 散一碳化物。这种组织称为回火马氏体。由于有极细小的 碳化物析出使回火马氏体易受浸蚀，所以在光学显微镜观 察，回火马氏体仍保持针状马氏体形态，只是颜色比淬火 马氏体深，但极细小的碳化物分辨不清，如照片所示。在 电子显微镜下则可观察到细小的碳化物。 低碳板条状马氏体低温回火以后，马氏体中只发生碳 原子的偏聚，尚未析出碳化物。在光学和电子量微镜下观 察，低碳回火马氏体仍保持条状马氏体形态。中碳钢淬火 以后得到板条状马氏体和片状马氏体的混合组织，回火后 其中片状马氏体易受浸蚀，颜色变深。
实验六碳钢的热处理
730
——
700
730
800
700
730
820
700
730
830
700
Ar3 835 835 796 760 750 721 713 —— —— —— ——
● 保温时间
工件形状
加热温度 （℃）
圆柱形
方形 保温时间
板型
分钟/每毫米直径 分钟/每毫米厚度 分钟/每毫米厚度
700
1.5
2.2
3
800
1.0
1.5
2
900
0.8
1.2
1.6
1000
0.4
0.6
0.8
● 冷却（介质）速度
--- 盐（碱）水、水、油
表6-3 几种常用淬火介质的冷却能力
几种常用淬火介质的冷却能力
45
6
45
7
45
8
45
9
45
10
45
热处理
780℃水淬 860℃水淬 920℃水淬 750℃水淬 920℃水淬
860℃油淬
860℃空冷 860℃水淬 200℃回火 860℃水淬 400℃回火 860℃水淬 600℃回火
实验内容及结果
HRC
测试值
平均值
冲击吸收能量KU(J)
测试值
平均值
/
/
金相组织
完成人
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
实验报告要求
1、简述实验目的、实验原理与实验方法。 2、用图表形式将实验数据整理、归纳，并进行分析讨论。
注意事项
1、试样的防氧化脱碳 2、断电后开炉门 3、夹钳取样、防止烫伤、空冷试样的保存 4、淬火要迅速 5、试样双面打磨后测硬度
碳钢的热处理及性能分析【最新资料】
碳钢的热处理及性能分析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（如图所示）。
对亚共析钢，其加热温度为℃，若加热温度不足（低于），则＋淬火后可得到细小的它直接影响到钢淬火后的组织以保证以减使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定鼻不同的冷却介质在不同的温度范围内的实验二金相试样的制备与观察一、实验目的1.学习金相试样的制备方法。
二、实验设备、仪器及材料用品抛光机、各型号砂纸、抛光磨料、试样、浸蚀剂、吹风等。
三、实验步骤金相试样的制备包括取样、磨制、抛光、浸蚀四个步骤。
制备好的试样应能观察到真实组织、无磨痕、水迹。
1.取样取样的部位和磨面应根据检验目的选取具有代表性的部位。
例如，检验表面脱碳层的厚度应取横向截面、观察纵裂纹就要取纵向截面。
试样的截取方法很多，例如用手锯、机床截取、线切割等，但必须注意的是在取样过程中要防止试样受热或变形而引起的组织变化，破坏了其组织的真实性。
为防止受热可在截取过程中用冷却液冷却试样。
金相试样的尺寸要便于手握持和易于磨制，常用的试样尺寸为：Φ12×10或12×12×10，如果不是观察表面组织，可以倒角便于磨制。
根据需要，例如观察表面渗碳层的厚度，为防止在磨制过程中发生倒角，应采用镶嵌法，把试样镶嵌在热塑性塑料或热固性塑料中。
我们所用试样为车削好的Φ10×20的45钢试样。
2.磨制这是最关键的步骤，磨制质量的好坏直接决定了试样的好坏。
①粗磨将试样在砂轮上或用粗砂纸之成平面。
磨制时使试样受力均匀，压力不要太大。
②精磨粗磨好的试样用清水冲干后，依次用01、02、03、04号金相砂纸把磨面磨光。
磨制时应把砂纸放在玻璃板或平整的桌面上，左手按住砂纸，右手握住试样，用力均匀、平稳，沿一个方向反复进行，直到旧的磨痕被去掉，不要来回磨制。
注意：在调换更细一号砂纸时，应将试样上的磨屑和砂粒清除干净，并转动90º角，使新、旧磨痕垂直。
3.抛光抛光的目的是去除磨面上细的磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。
碳钢的热处理操作(预习实验报告,材控／材料)
碳钢的热处理操作、非平衡组织观察及硬度测定一、实验目的1、了解碳钢的热处理操作；2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；3、观察热处理后钢的组织及其变化；4、了解硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度计的使用。
二、综合实验项目概述1．钢的热处理热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。
通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A C3+30~50℃，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是A C1+30~50℃，过共析钢的正火温度是AC cm+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。
碳钢的过冷奥氏体在Ac1~550℃范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。
依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体——索氏体（S）和极细片状珠光体——屈氏体（T）之分。
硬度随片距的减小（转变温度的降低）而升高。
碳钢的过冷奥氏体在550~350℃之间发生贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B上）。
在光学显微镜下呈黑色羽毛状特征。
过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到黑色针状的下贝氏体（B下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。
过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至Ms以下温度，将发生马氏体转变，生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体——马氏体。
常见的有板条马氏体（碳<0.2%）、针（片）状（碳>1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为0.2%~1.0%）。
随转变温度的降低钢的硬度升高。
普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。
钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。
奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到先共析钢铁素体（或渗碳体）加伪珠光体。
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实验报告要求
1、简述实验目的、实验原理与实验方法。
2、用图表形式将实验数据整理、归纳，并进行分析讨论。
注意事项
1、试样的防氧化脱碳 2、断电后开炉门 3、夹钳取样、防止烫伤、空冷试样的保存 4、淬火要迅速 5、试样双面打磨后测硬度
END
退火和正火的加热温度范围
淬火的加热温度范围
各种碳钢的临界温度（近似值）
● 保温时间
工件形状 加热温度 （℃） 圆柱形 方形 板型
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
700 800 900 1000
1.5 1.0 0.8 0.4
2.2 1.5 1.2 0.6
3 2 1.6 0.8
● 冷却（介质）速度
--- 盐（碱）水、水、油
表6-3 几种常用淬火介质的冷却能力
几种常用淬火介质的冷却能力
冷却介质
18℃的水 26℃的水 50℃的水 在下列温度范围内的冷却速度（℃/秒）
650～550℃
600 270 500
300～200℃
270 270 270
74℃的水
10%NaCl水溶液（18℃） 10%NaOH水溶液（18℃） 10%Na2CO3水溶液（18℃） 蒸馏水 肥皂水
835
835 796 760 750 721 713 —— ——
T12 T13
730 730
820 830
700 700
—— ——
实验六
碳钢的热处理
实验目的
◆ 了解碳钢的主要热处理工艺
—— 退火、正火、淬火、回火
◆ 含碳量、加热温度、淬火冷却速度、回火温度
硬度、冲击吸收能量
实验原理
▲ 退火 AC1或AC3+20～30℃ ，炉冷 ▲ 正火 AC3或ACCm+30～50℃，空冷
▲ 淬火
● 加热温度 --- AC3或AC1+30～50℃
270
100 270 30 200 1100
200
300 300 270 200 200
菜籽油（50℃）
矿物机器油（50℃） 变压器油（50℃）
300
150 30
35
30 25
▲ 回火
低温（150～250℃），空冷 中温（350～500℃），空冷 高温（500～650℃），空冷 —调质处理
实验内容及安排
实验内容及结果
序号
钢号 T12
45 20
热处理 780℃水淬
860℃水淬 920℃水淬
HRC 测试值 平均值
冲击吸收能量KU(J) 测试值 / 平均值 /
金相组织
完成人
1
2 3
/ / /
/ / /
4
5 6 7 8 9 10
45
45 45 45 45 45 45
750℃水淬
920℃水淬 860℃油淬 860℃空冷 860℃水淬 200℃回火 860℃水淬 400℃回火 860℃水淬 600℃回火
类别 钢号 临界温度（℃） AC1 AC3或Accm Ar1 Ar3
20
30 碳素结构钢 40 45 50 60 T7 T8 碳素工具钢 T10
735
732 724 724 725 727 730 730 730
855
813 790 780 760 766 770 —— 800
680
677 680 682 690 695 700 700 700