实验六碳钢热处理后的组织观察及洛氏硬度测定-课件·PPT
碳钢的热处理及组织性能分析实验
碳钢的热处理及组织性能分析实验一、实验目的1. 掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺。
2. 分析含碳量，加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响。
3.了解碳钢热处理后的基本组织。
二、实验原理1.热处理工艺通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。
退火：将钢加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却，如炉冷。
正火：将钢加热到某一临界温度以上，保温后在空气中冷却。
淬火：将钢加热到某一临界温度以上，保温后快速冷却，如淬入水或油里。
回火：将淬火后的钢再加热到A线以下某一温度后冷却。
12.热处理温度的选择亚共析钢：淬火、正火、退火的加热温度在Ac以上30~50℃。
3共析钢，过共析钢：淬火、退火的加热温度，在Ac1以上30~50℃；正火加热温度在Acm以上30~50℃。
亚共析钢和过共析钢的淬火，退火温度范围不同（见图1），这是由于如果亚共析钢的淬火温度过低，在Ac1以上30~50℃，这时钢的组织是铁素体和马氏体，使钢件上出现软点。
而过共析钢在两相区加热后淬火得到的组织是马氏体和渗碳体。
由于渗碳体本身硬度很高，不会影响钢的硬度；相反如果过共析钢加热到奥氏体单相区淬火，得到的组织是马氏体和大量的残余奥氏体，硬度反而要下降。
图1淬火加热温度范围过共析钢在退火时若加热到奥氏体单相区，冷却时将在晶介析出网状渗碳体，使钢的塑性，冲击韧性降低。
所以过共析钢退火加热温度不能过高。
过共析钢的正火主要是为了消除已经形成的网状渗碳体，只是加热到Acm 线以上才能使网状渗碳体全部溶入奥氏体，由于正火的冷却速度较快，网状渗碳体来不及析出而被消除。
回火温度是根据零件所要求的机械性能确定的，通常将回火分为低温、中温、高温回火：低温回火：（150~250℃）所得的组织为回火马氏体，硬度约为HRC60，目的是降低淬火后的应力，减少钢的脆性，但保持钢的高硬度，这种回火常用于切削刀具和量具。
中温回火；（350~500℃）所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40，目的是获得高的弹性极限，同时有较好的韧性，主要用于中高碳钢弹簧的热处理。
碳钢热处理后组织观察_图文
45钢若加热到760C°，然后在水中冷却，这 种淬火称为不完全淬火。根据Fe-Fe3C相图可知， 在这个温度加热，部分铁素体未溶入奥氏体中，经 淬火后得到马氏体和铁素体组织。
4.碳钢淬火后的回火组织 淬火钢通常为马氏体和少量残余奥氏体组
织，经回火转变后，能够获得不同的组织。 低温回火获得回火马氏体，它是由含碳过
低碳钢淬火后的板条状马氏体。板条状马氏 体是由许多尺寸大致相同的细马氏体条平行排列 组成的马氏体，各束之间位向不同，且位向差较 大，一个奥氏体晶粒内可有几个马氏体束。板条 马氏体不仅具有较高的强度，同时还具有良好的 塑性和韧性。
含碳量大于1.0%的高碳钢过热淬火后， 得到针片状马氏体和残余奥氏体组织。针片 状马氏体在光学显微镜下，呈大小不一的针 状或片状，针片之间成一定角度。针片状马 氏体的硬度高，韧性差。在针片状马氏体之 间有奥氏体残存，即残余奥氏体（A’）。残 余奥氏体不易受硝酸酒精溶液的侵蚀，在显 微镜下呈白亮色，无固定形态。未经回火时 ，残余奥氏体与马氏体很难区别。都呈白亮 色，只有马氏体回火变暗以后，残余奥氏体 才能被辩认。
竹叶、针状 马氏体
闪电状马氏体 残余奥氏体
材 料： 1.3%C
状 态： 1100 °C水淬
组 织： 竹叶、针状、闪电状马氏体+残余奥氏体 放大倍数： 400X 侵蚀剂：3-4%硝酸酒精溶液
45钢正火400X
45钢860C°水淬 400X
45钢860C°油淬 400X
45钢860C°水淬400C°回火 400X
竹叶、针状马氏体+残余奥氏体
侵蚀剂 3-4%硝酸酒精溶液 3-4%硝酸酒精溶液 3-4%硝酸酒精溶液 3-4%硝酸酒精溶液
钢的热处理及硬度测量
因此，适用于成批生产大量检测的机械、冶金热加工过程中以 及半成品或成品的检验。特别适用于刃具、模具、量具、工具 等成品的检测。
第32页，共41页。
2维氏硬度计及其检测方法
2.1硬度计
维氏硬度计一般分为固定式 硬度计及便携式硬度计两种， 其中主要是固定式；
又分为直接加力式及杠杆式硬度计。
基准及标准硬度计为直接加力式； 工作硬度计多为杠杆式。
硬度计由下列部分组成：机体及 工作台、加力机构、压痕测量装置。
维氏硬度计 第33页，共41页。
0.1961
HV30
294.2
HV1
9.807
HV0.025
0.2452
HV50
490.3
HV2
19.61
HV0.05
0.4903
HV100
980.7
HV3
29.42
HV0.1
0.9807
注：1.维氏硬度试验可使用大于980.7N的试验力； 2.显微维氏试验力为推荐值。
试验力的选择要根据试样的厚度和预期的硬度范围而定。在试样或零件 有足够厚度的情况下，宜采用较大试验力，这样可以获得较大的压痕，便 于对其对角线的测量，减小测量误差，提高试验结果的推确性。
1.箱式电阻炉
2.布氏硬度计
3.洛氏硬度计
4.维氏硬度计
第4页，共41页。
三、实验原理
(一)热处理实验
碳钢经热处理后的组织大都是 不平衡组织，因此，在研究热处 理后的组织时，不但要使用铁碳 相图，而且要用钢的过冷奥氏体 转变曲线（TTT或CCT曲线）来 分析。
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。
碳钢的热处理工艺操作组织观察及硬度测定综合实验PPT课件
(碳钢热处理后的组织观察)
1
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。
2
3
二、实验原理
1、组织转变规律： （1）加热参数的选择：目的是为了得到奥氏体，
8、 T12钢920 ℃水淬：M粗大+A′
9、 T12钢球化退火：P球状 10、40Cr 860 ℃汕淬： M 11、GCr15 780 ℃油淬： M隐晶+Fe3C
8
材料名称：20钢 处理过程：920℃水淬 金相组织 ：M板条 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
9
材料名称：0× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
因为钢的最终组织珠光体、贝氏体和马氏体都是 由奥氏体转变来的。（根据Fe---Fe3C相图确定） （2）保温参数的选择：目的是为了使奥氏体均匀 化。 （3）冷却参数的选择：是改变组织与性能的重要 因素。（根据钢的连续冷却转变曲线来确定钢热 处理后的基本组织）。
4
A1
水 冷 Vk 油 冷
空冷
炉冷
放大倍数：500×
浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
14
材料名称：45钢
处理过程:780℃水淬
金相组织 ：F未溶+M 放大倍数：500×
浸蚀剂：3--5％硝酸酒精 15
材料名称：T12钢
处理过程：780℃水淬
金相组织 ：M隐晶+ Fe3C颗粒 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
16
结束语
钢的热处理操作及硬度测试实验
钢的热处理操作和硬度测试实验一、实验目的：1、熟悉钢的几种基本的热处理操作（退火、正火、淬火、回火）2、了解加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对45钢热处理后性能（硬度）的影响3、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响二、实验原理：1、钢的热处理是指将钢在固态范围内加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的使用性能和工艺性能的一种操作工艺。
2、退火：加热温度——亚共析钢加热至Ac3+(20-30)°C（完全退火），共析钢和过共析钢加热至Ac1+(20-30)°C（球化退火）；冷却方式——炉冷；得到组织——接近平衡状态的珠光体组织。
3、正火：加热温度——亚共析钢加热至Ac3+(30-50)°C，共析钢加热至Ac1+(30-50)°C，过共析钢加热至Accm+(30-50)°C，即加热到奥氏体单相区；冷却方式——空冷；得到组织——细片状珠光体，即索氏体（冷却速度慢不会有马氏体，看双C曲线，空冷经过珠光体区，转变完全，不能发生贝氏体转变）。
4、淬火：亚共析钢加热至Ac3+(30-50)°C，共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30-50)°C；冷却方式——水冷，以大于淬火临界冷却速度快冷；得到组织——马氏体及残余奥氏体。
5、回火：淬火后的钢重新加热到Ac1以下某一温度，保温，冷却到室温。
45钢低温回火——150°C -250°C （选200°C），组织回火马氏体，硬度约54-60HRC；中温回火——350°C -500°C （选400°C），组织回火屈氏体，硬度约40-48HRC；高温回火——500°C -650°C （选600°C），组织回火索氏体，硬度约25-35HRC。
冷却方式——空冷到50、60°C后用水冲一下。
6、20钢Ac1-735°C，Ac3-855°C，45钢Ac1-724°C，Ac3-780°C，T10 Ac1-730°C，Accm-800°C，T12 Ac1-730°C，Accm-820°C。
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
与过冷奥氏体等温转变得到的屈氏体、 索氏体相比，在强度、硬度相同的同时，回 火屈氏体、回火索氏体的塑性和韧性更好， 原因是回火屈氏体、回火索氏体的渗碳体是 粒状的而后者为片状。
• 材料：经过不同热处理后金相试样一套
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
什么是碳钢的热处理?
➢ 热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时
间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺。包含有 “四火”：退火、正火、淬火和回火。
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线
•0
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
•过冷奥氏体等温转变产物
温度
A1~650℃ 650~600℃ 600~550℃ 550~350℃ 350 ℃ ~MS
Ms~MF
显微组织
性能
珠 光 体是 P 索氏体 S
片层间距：0. 3μm 片层间距：0.1~0. 3μm
碳钢的热处理后组织观 察(PPT30页)
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2020/11/30
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
• 实验目的
• 观察和研究碳钢经不同热处理后显 微组织的特点；
• 了解热处理工艺对钢组织和性能的 影响
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
• 实验仪器与材料
• 仪器： XJP-3A( 双目 ) 金相显微镜； XJP-3C( 双目 ) 金相显微镜；
碳钢的热处理及硬度测试实验报告
碳钢的热处理及硬度测试实验报告一、实验目的本实验旨在探究碳钢热处理的原理及方法，并通过硬度测试来评估不同处理方式对碳钢硬度的影响。
二、实验原理1. 碳钢热处理碳钢是一种含有较高量碳元素的合金钢，其硬度和强度与碳含量成正比。
碳钢的热处理主要包括退火、正火、淬火和回火四个步骤。
2. 硬度测试硬度是材料抵抗划痕或压入的能力，通常用Vickers硬度测试法来评估材料硬度。
三、实验步骤1. 准备样品：选择不同直径和长度的碳钢棒作为样品。
2. 退火：将样品放入电炉中，加热至800℃左右保温1小时后慢冷至室温。
3. 正火：将样品放入电炉中，加热至900℃左右保温30分钟后冷却至室温。
4. 淬火：将样品放入水中快速冷却。
5. 回火：将淬火后的样品放入电炉中，加热至400℃左右保温2小时后冷却至室温。
6. 硬度测试：使用Vickers硬度测试仪对不同处理方式的样品进行硬度测试。
四、实验结果经过退火处理后，碳钢的硬度降低，表现出较好的韧性；正火处理能够提高碳钢的硬度和强度；淬火处理能够使碳钢达到最大的硬度和强度，但同时也会使其变得脆性增加；回火处理可以减轻淬火后碳钢的脆性，但会降低其硬度和强度。
通过Vickers硬度测试仪测量，退火后样品的硬度为150HV，正火后为200HV，淬火后为350HV，回火后为250HV。
五、实验分析通过本实验可知，不同热处理方式对碳钢的性质有着显著影响。
在实际应用中需要根据具体情况选择合适的热处理方式来满足需求。
六、实验结论1. 碳钢经过不同热处理方式后其性质有显著差异。
2. 淬火能够使碳钢达到最大的硬度和强度，但同时也会使其变得脆性增加。
3. 回火处理可以减轻淬火后碳钢的脆性，但会降低其硬度和强度。
4. 在实际应用中需要根据具体情况选择合适的热处理方式来满足需求。
七、实验注意事项1. 热处理时需要注意安全，避免烫伤或其他意外事故。
2. 硬度测试时需要保证测试仪器的准确性和稳定性。
3. 实验结束后需要及时清理实验器材和场地。