碳钢热处理及性能分析
碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定
680 677 680 682 690 695 700 700 700 700 700
835 835 796 760 750 721 743 － － － －
碳 素 工 具 钢
T7 T8 T10 T12 T13
回火时的加热、保温时间，应与回火温度结合起来考 虑。一般来说，低温回火时， 由于所得组织不稳定，内 应力消除不充分，为了稳定组织，消除内应力，使零件在 使用过程中性能与尺寸稳定，回火时间要长一些，一般不 少1.5～2小时。高温回火时间不宜过长，过长会使钢过分 软化，对有的钢种甚至造成严重的回火脆性，所以一般为 0.5～l小时。 3、冷却速度的影响 冷却是淬火的关键工序，一方面冷却速度耍大于临界 冷却速度，以保证得到马氏体，另一方面又希望冷却速度 不要太大，，以减小内应力，避免变形和开裂，为此，根 据c曲线考虑，淬火工件必须在过冷奥氏体最不稳定温度 范围(650~550℃)进行快冷，以超过临界冷却速度，而在 Ms(300～200℃)点以下，尽可能慢冷以减少内应力。为 保证淬火质量，应适当选用淬火介质和淬火方法。常用淬 火介质的特性见表6—2。
材料、材控专业
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、概 述 （一）钢的热处理工艺 钢的热处理就是通过加热、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加工工艺。 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。过冷奥氏体快冷（大于临界 冷速）叫淬火，得到马氏体组织。淬火钢再加热到A1 以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火 马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。
低碳钢热处理
低碳钢热处理引言：低碳钢是一种常见的金属材料，具有良好的可塑性、可焊性和可加工性等特点。
然而，在使用过程中，低碳钢往往需要进行热处理，以改善其力学性能和耐磨性。
本文将探讨低碳钢的热处理过程及其对材料性能的影响。
一、低碳钢的热处理方法低碳钢的热处理方法主要包括退火、正火和淬火等。
这些方法通过加热和冷却的方式改变钢材的组织结构，从而使其具有更好的力学性能。
1. 退火退火是将低碳钢加热到一定温度，然后缓慢冷却的过程。
退火可以消除材料中的应力，提高钢材的塑性和韧性。
在退火过程中，低碳钢的晶粒会长大，晶界清晰，从而提高了材料的延展性和强度。
2. 正火正火是将低碳钢加热到适当温度，然后迅速冷却的过程。
正火可以使钢材的组织更加致密，提高硬度和强度。
正火后的低碳钢具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
3. 淬火淬火是将低碳钢加热到临界温度，然后迅速冷却的过程。
淬火可以使钢材的组织变为马氏体，从而使其具有更高的硬度和强度。
淬火后的低碳钢通常用于制作刀具和机械零件等要求高强度和耐磨性的产品。
二、低碳钢热处理对材料性能的影响低碳钢的热处理过程可以显著改善其力学性能和耐磨性。
具体影响如下：1. 提高硬度和强度正火和淬火可以使低碳钢的硬度和强度显著提高。
通过合理的热处理工艺，可以使低碳钢达到适当的硬度，满足不同工程需求。
2. 提高耐磨性淬火后的低碳钢具有良好的硬度和耐磨性，适用于制作耐磨零件。
淬火过程中形成的马氏体结构可以提高钢材的耐磨性和耐蚀性。
3. 改善塑性和韧性退火过程可以消除低碳钢中的应力，提高其塑性和韧性。
退火后的低碳钢具有良好的延展性和冲击韧性，适用于冷加工和成形加工。
4. 改善加工性能热处理可以改善低碳钢的加工性能，使其更容易加工和成形。
通过合理的热处理工艺，可以降低加工难度和成本。
结论：低碳钢的热处理是一种有效的方法，可以改善钢材的力学性能和耐磨性。
退火、正火和淬火等热处理方法可以使低碳钢具有更好的塑性、硬度和耐磨性。
常用钢的临界温度热加工及热处理工艺参数
常用钢的临界温度热加工及热处理工艺参数常用钢材的临界温度1.低碳钢：低碳钢的临界温度大约在723℃左右。
2.中碳钢：中碳钢的临界温度在723-900℃之间。
3.高碳钢：高碳钢的临界温度超过900℃。
热加工温度范围1.锻造：一般情况下，低碳钢的锻造温度范围为1000-1250℃，中碳钢的锻造温度范围为900-1100℃，高碳钢的锻造温度范围为800-1000℃。
2.滚轧：常见钢材的滚轧温度范围较宽，一般在800-1200℃之间。
3.淬火：淬火温度取决于钢材的合金成分和硬度要求等因素，一般在800-950℃之间。
4.高温热处理：高温热处理的温度范围较大，低碳钢的回火温度可以低至150℃，而高碳钢的回火温度一般在250-600℃之间。
1.淬火：淬火是通过加热钢材至适当的温度后迅速冷却，使其产生马氏体组织，从而提高钢材的硬度和强度。
淬火的工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却介质等。
一般来说，加热温度越高，冷却速度越快，得到的马氏体含量越高，钢材的硬度和强度也就越大。
冷却介质通常使用水、盐水、油等，选择冷却介质要根据钢材的合金成分和所需硬度来确定。
2.回火：回火是指在淬火后加热钢材至适当温度后冷却，通过改变钢材的组织结构来调整其硬度和强度。
回火的工艺参数主要包括回火温度、回火时间和冷却速度等。
回火温度一般低于淬火温度，可以根据需要选择不同的回火温度来控制钢材的硬度和韧性。
回火时间越长，回火效果越明显。
冷却速度可以选择自然冷却或控制冷却，根据钢材的要求来确定。
总结常用钢材的临界温度、热加工温度范围和热处理工艺参数对于钢材的制造和使用具有重要作用。
通过合理的控制临界温度和选择适当的热加工温度范围，可以保证钢材的质量和性能。
而热处理工艺参数的选择则可以调节钢材的硬度、韧性和强度等性能，满足特定的使用需求。
因此，了解和掌握常用钢材的临界温度、热加工温度范围和热处理工艺参数是进行钢材生产和应用的基础。
碳钢整体热处理的种类特点及应用
碳钢整体热处理是指将碳钢零件加热到一定温度后保持一段时间，然后在适当的冷却速度下使其具有一定的组织和性能。
整体热处理是提高碳钢零件的硬度、强度和耐磨性的重要方法之一。
下面就碳钢整体热处理的种类特点及应用进行详细介绍。
一、普通碳钢的整体热处理种类1. 调质处理：调质处理是指将碳钢零件加热到980-1050℃，保温一定时间后进行适当速度冷却的整体热处理工艺。
调质处理的主要目的是消除材料中的残余应力，提高塑性和韧性，调整碳钢的组织结构，提高其强度和硬度。
2. 热轧工艺：热轧工艺是碳钢生产中的一种整体热处理方法，它通过连续加热、轧制和冷却使碳钢的晶粒得到变细，提高了碳钢的强度和硬度。
3. 淬火处理：淬火处理是将碳钢零件加热到临界温度以上，然后迅速冷却到介质中进行的整体热处理过程。
淬火后的碳钢具有高硬度和强韧性，广泛用于制造工程钢、工具钢和机械零件等。
二、碳钢整体热处理的特点1. 温度范围广：碳钢整体热处理的温度范围较宽，可以根据不同的碳钢种类和要求进行调控，适用性广。
2. 冷却速度影响大：冷却速度对碳钢整体热处理的效果影响较大，不同冷却速度将产生不同的组织和性能。
3. 耗能较大：碳钢整体热处理需要较高的加热能量和冷却介质，耗能较大。
三、碳钢整体热处理的应用1. 制造业：碳钢整体热处理广泛应用于制造业，如汽车制造、航空航天、机械制造等领域，用于生产汽车零部件、航空发动机零件、机械轴承等。
2. 工具制造：碳钢整体热处理在工具制造中也有重要的应用，如刀具、模具、钻头、刨刀等工具的生产过程中经常需要进行整体热处理，以提高工具的硬度和耐磨性。
3. 钢铁冶炼：碳钢整体热处理是钢铁冶炼过程中的重要环节，可以提高钢材的强度和耐磨性，改善其力学性能。
碳钢整体热处理是提高碳钢零件硬度、强度和耐磨性的重要方法之一，具有广泛的应用前景。
随着工业技术的不断发展，碳钢整体热处理技术也将不断完善和创新，为碳钢制品的生产提供更加可靠的技朧支持。
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。
LCB低温碳钢及热处理
低温阀门用LCB和LCC钢热处理方法浅析1 概述LCB和LCC是低温阀门较常使用的铁素体类低温钢，按ASTM A352/A352M的规范要求，它们适用于-46~0℃的环境中，因此对其低温性能有着较高的要求。
因为通常C-Mn类钢在低温工况中机械性能都会明显的下降，因而要使LCB和LCC达到ASTM标准的要求，其热处理方法有着一定的特殊性和难度。
2 分析从化学成分上比较，LCB和LCC与WCB和WCC都属于低碳C-Mn钢系列（表1），但ASTM 标准对4种钢的机械性能要求却不同（表2），主要表现在低温冲击韧性这一指标上。
WCB和WCC 对此不作要求，而LCB和LCC则要求在-46℃分别达到18J和20J。
经过分析和试验证明，虽然LCB、LCC、WCB和WCC钢的化学成分相同或相近，但表现出不同机械性能，这是LCB和LCC中微量合金的Mn、Ni和Cr元素的作用。
表1 LCB、LCC、WCB和WCC化学成分%表2 LCB、LCC、WCB和WCC机械性能在碳钢中加入Mn、Ni和Cr元素将对钢的组织、晶粒结构和热处理的温度曲线产生较大的影响。
Mn元素可增加钢组织中奥氏体的稳定性，降低热处理的冷却速度，提高淬透性，降低钢在淬火后的变形和增加钢的强度。
Ni不易与碳形成碳化物，用于低合金钢时，能增进低温韧性及硬化能，可减少热处理变化的敏感性及减少淬火的扭曲及龟裂，并能强化钢组织中的铁素体相，增加淬火后组织中的残余奥氏体。
Cr元素同样有稳定钢组织中奥氏体和增加淬火后组织中的残余奥氏体的作用。
奥氏体是钢组织中比容最小的相组织，其冲击韧性、耐磨性和塑性都极好。
但是奥氏体通常存在于高温区（锻造就是利用奥氏体这一性质，把钢材加热到一定高温区再施锻），常温下奥氏体保存下来较少，只有在Mn、Ni和Cr等元素的作用下，才能使钢组织在常温中存在部分残余奥氏体。
奥氏体的存在将大大改善钢的冲击韧性、耐磨性和塑性。
LCB和LCC正是利用它们所含有的微量合金Mn、Ni和Cr元素的作用，使热处理后的钢组织中增加奥氏体的含量来改善其低温冲击韧性。
碳钢的热处理[专业知识]
![碳钢的热处理[专业知识]](https://img.taocdn.com/s3/m/55cafe181711cc7930b7163b.png)
温度 ℃
14
三、影响珠光体向奥氏体转变的因素
1、温度的影响 提高温度，原子的扩散能力增大。特别
是碳原子在奥氏体中的扩散能力增大，奥氏 体的形成速率加快。
高等教育
15
2、含碳量的影响
钢中含碳量增加，铁素体与渗碳体的相 界面总量增多，有利于加速奥氏体形成。
3、合金元素的影响
钢中加入合金元素，可影响奥氏体的
b、实际晶粒度：指钢在具体的热处理或热加 工条件下实际获得的奥氏体
晶粒度。
高等教育
18
c、本质晶粒度：不是指具体的晶粒大小，只 表示钢的奥氏体晶粒长大的 倾向性（易长大，还是不易 长大）。
一般将钢的奥氏体晶粒长大倾向分为两类：
如图：
高等教育
19
晶粒度级别
1 2
4级
Ac1
930
加热温度 ℃
曲线1：随加热温度的升高，奥氏体晶粒一直长大，逐 渐粗化。
b、奥氏体含碳量越高，晶粒长大的倾向 越大。
高等教育
23
c、在钢中加入合金元素
绝大多数合金元素都阻碍奥氏体晶粒长 大，而锰、磷则会加速奥氏体晶粒长大。
高等教育
24
第二节 钢在冷却时的组织转变
通过加热使钢转变为均匀的奥氏体组织后， 仅完成了热处理的加热准备工作，将高温奥氏 体以不同的冷却速度冷却，获得所需的组织与 性能，才是热处理的最终目的。
高等教育
11
二、奥氏体形成的热力学条件
钢加热时组织转变的动力是奥氏体与旧相之 间的体积自由能之差ΔFv，而相变进行的条件是 系统总的自由能降低。根据相变理论，奥氏体形 成晶核时，系统总自由能变化ΔF为：
ΔF=-ΔFv +ΔFs +ΔFe
新版热处理工艺(热处理工艺对碳钢组织和硬度的影响实验报告)
——淬火是将工件加热到AC3或AC1点以上某一温度保持一定时间。
然后以适当速度快速冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
目的：就是为了获得马氏体或下贝氏体组织，提高强度硬度，以便在随后不同温度回火后获得所需要的性能。
1、淬火加热温度淬火温度主要是根据Fe—Fe3C相图中钢的临界点确定。
亚共析钢的淬火加热温度：AC3以上30℃~50℃，使钢完全奥氏体化，淬火后获得全部马氏体组织。
共析钢、过共析钢的淬火加热温度：为AC1以上30℃~50℃，得到奥氏体和部分二次渗碳体，淬火后得到马氏体（共析钢）或马氏体加渗碳体（过共析钢）组织。
2、淬火冷却淬火冷却时，要保证获得马氏体组织，必须使奥氏体以大于马氏体临界冷却速度冷却，而快速冷却会产生很大淬火应力，导致钢件的变形与开裂。
因此，淬火工艺中最重要的一个问题是既能获得马氏体组织，又要减小变形、防止开裂。
常用冷却介质：目前应用最广泛的淬火冷却介质是水和油。
实际生产中，使用的冷却介质较多，到目前为止，尚未找到一种介质，能完全符合理想淬火冷却速度的要求。
水具有较强烈的冷却能力，用作奥氏体稳定性较小的碳钢的淬火，水冷却介质最为合适。
油的冷却能力比水小，因此，生产中用油作冷却介质，只适用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火。
常用淬火方法：主要有单介质淬火、双介质淬火、马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火。
选择适当的淬火方法可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。
工程材料及成形工艺基础淬火冷却方法（1）单介质淬火是采用一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法。
这种淬火方法的优点是操作简便，适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。
形状简单、尺寸较大的碳钢工件多采用水淬，小尺寸碳钢件和合金钢件一般用油淬。
缺点对大尺寸和或形状复杂的工件，采用水淬变形开裂倾向大，而油淬冷却速度小，淬不硬。
（2）双介质淬火是将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质，在组织即将发生马氏体转变时，立即转入冷却能力弱的介质中冷却。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验五 碳钢热处理及性能分析
清华大学金工教研室
一、实验目的
1．了解热处理的基本操作过程。
2．了解热处理后碳钢的性能特点。
3．了解硬度计的正确使用。
二、实验内容
1．对45钢试件进行正火、淬火（水淬和油淬）、回火（低温和高温回火）等
项热处理操作。
2．测定45钢试件退火、正火、淬火和不同温度下回火后的硬度值。
三、实验设备及使用
SRJX—4—9箱式电阻炉3台，洛氏硬度计4台。
硬度的测量
硬度是金属材料力学性能的主要指标之一，常用的测量方法是压入法，包括
布氏、洛氏、维氏硬度等。硬度测量设备简单、操作方便，并可近似反映材料的
其它力学性能，所以硬度测量成为工业中不可缺少的力学性能试验方法之一。本
试验采用最广泛的洛氏硬度测量法。
1．洛氏硬度的测量原理
洛氏硬度的测量原理是用金钢石圆锥体或硬钢球做压头，在一定负荷作用下
压入试样表面，以有面的压痕深度来表示材料的硬度，如图5-1所示。
负荷分两次加，先加预负荷P1，后加主负荷P2，总负荷为P=P1+P2。图5-1
中：
0-0 压头没接触试样的位置。
1-1 压头施加预负荷P1后压入试样的位置，压痕深夜为h0。此时压头和试
样接触良好，做为测量的起点。
2-2 压头施加总负荷P后压入的位置，试样表面的变形包括塑性变形和弹性
变形。
3-3 卸除主负荷P2后，试样由于弹性变形的恢复而使压头略提高后的位置，
压痕深度为h1。此时由于主负荷作用压头实际压入的深度h=h1-h0（mm），用来
图5-1 洛氏硬度试验原理图
表示被测材料的硬度。
为适应数值越大硬度越高的习惯，引入一常数K，并规定压入深度每0.002mm
为一个洛氏硬度单位。则洛氏硬度公式为：
对HRA和HRC，K=0.2mm;对HRB，K=0.26mm。HR值为一个无名数。
在一种硬度计上可采用不同的压头和总负荷，组成几种不同的洛氏硬度标
尺，如HRA，HRB，HRC等，以测定从软到硬的不同金属材料的硬度，其试验
规范见下表：
标尺符号 压头 总负荷 （kgf） 表盘上刻度颜色 常用硬度值范围 应用举例
HRA 金钢石圆锥体 60 黑色 70-85
硬质合金、表面淬火
钢等
HRB 161钢球 100 红色 26-100
退火钢、正火钢、钢合
金等
HRC 金钢石圆锥体 150 黑色 20-57 淬火钢、调质钢等
各种洛氏硬度值不能直接进行比较，可用实验测定的换算表，换算成维氏硬
度（HV）相对比较。
2．洛氏硬度计的构造简图见图5-2。
图5-2 洛氏硬度计构造简图
洛氏硬度的测量过程如下：
①试样去除氧化皮并磨平擦净后放在工作台上，顺时针动手轮，使工作台上
升至度样与压头接触为止。
②加预负荷。继续上升工作台，直到表盘上短针由黑点位置转至红点位置。
③调零点。使表盘上长针对准B—C刻度线。
④加主负荷。加荷手柄板至加荷位置，并停留10s。
⑤卸主负荷、读数。加荷手柄板回到卸荷位置，读出硬度值。然后下降载物
合，取下试样。
四、钢的热处理简介
钢的热处理是通过钢在固态下的加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织，
0.002
hKHR
从而获得所要求性能的一种工艺方法。加热温度、保温时间和冷却方式是热处理
的三个基本环节，正确选择三者的参数是保证热处理成功的关键。本实验用试样
的材料为45钢；其热处理规范如下：
1．加热温度
退火、正火、淬火的加热温度均为820-840℃。
回火加热温度：低温回火为180-200℃，中温回火为380-400℃，高温回火为
540-560℃。
2．保温时间
根据试样的厚度来确定。在空气介质中加热时，碳钢的保温时间一般按试样
厚度每毫米需1∽1.5分钟估算，合金钢按每毫米需2分钟估处。
3．冷却方式7
退火一般随炉冷却。正火在空气中冷却。淬火时，要根据材料等情况来选用不同
的淬火介质，碳钢常采用水中冷却，合金钢常采用油中冷却。
五、实验步骤
1．将4块45钢试件放入箱式电阻炉中，加热到820∽840℃后保温规定时间
（根据试件厚度确定）。
2．将试件取出，一块放在空气中冷却，一块放入油中淬火，二块放入水中淬
火（退火试件随炉冷却，因时间较长，已提前做好）。并在洛氏硬度计上测量其硬
度值，填入纪录表格。每块试样测量三次，以其平均值作为测量结果。各被测点
间的距离不能小于2mm。
3．再将二块水淬试件分别加热至180℃和530℃，保温规定时间后取出空冷。
并再测量其洛氏硬度值，填入纪录表格。
思 考 题
1．同是一种钢（如45钢），经不同热处理之后，其力学性能为什么不一样？
影响钢材性能的因素有哪些？
2．退火和正火用在什么场合？
3．淬火+低温回火用在什么场合？淬火+高温回火用在什么场合？
碳钢热处理及性能分析实验报告
班级 学号 姓名
一、实验目的
二、实验内容及结果
试
样编号 热处理
名称
热处理规范 硬度测定值
换算的
HV值
加热温度℃ 冷却方式 标尺 1 2 3 平均
1 退火 820~840 炉冷 HRB
2 正火 HRB
3 淬火（油淬） HRC
4
淬火（水淬） HRC
低温回火 180~200 HRC
5
淬火（水淬） 820~840 HRC
高温回火 540~560 HRC
三、实验结果分析
（分析实验结果，可以从中得出什么结论，如比较不同冷却方式和不同回火温度对硬
度的影响等）