实验一工具钢热处理工艺组织性能的系统分析
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验一、实验目的1、观察和研究碳钢经不同形式热处理后其显微组织的特点。
2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
3、了解硬度测定的基本原理及应用范围。
4、了解洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
5、掌握金属显微试样的制作过程，正确地制作所要观察的试件。
二、实验内容1、制作经热处理后的试样，完成打磨、刨光、浸蚀的所有制作步骤。
2、热处理后的试件进行硬度测试。
3、热处理后的试样进行组织观察分析和比较。
三、实验设备的使用和注意事项（一）硬度计的原理、使用和注意事项金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下的抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够验出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。
硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
另外，硬度与其它机械性能（如强度指标σb及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。
压入法硬度试验的主要特点是：（1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。
（2）金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系：σb=K·HB式中：σb——材料的抗拉强度值HB——布氏硬度值K——系数退火状态的碳钢K=0.34~0.36合金调质钢K=0.33~0.35有色金属合金K=0.33~0.53（3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度高，这些性能也就好。
在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。
（4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
钢的热处理及其对组织和性能的影响
钢的热处理及其对组织和性能的影响一、实验目的1．熟悉钢的几种基本热处理操作（退火、正火、淬火及回火）；2．研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；3．观察和研究碳素钢经不同形式热处理后显微组织的特点；4．了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。
二、实验概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
加热温度、保温时间和冷却方式是热处理最重要的三个基本工艺因素。
正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。
1.加热温度选择（1）退火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(20～30)℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至A C1＋(20～30)℃（球化退火），目的是得到球化体组织，降低硬度，改善高碳钢的切削性能，同时为最终热处理做好组织准备。
（2）正火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；过共析钢加热至A Cm＋(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。
退火和正火加热温度范围选择见图3-1。
图1 退火和正火的加热温度范围图2 淬火的加热温度范围（3）淬火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；共析钢和过共析钢则加热至A C1＋(30～50)℃，加热温度范围选择见图3-2。
淬火按加热温度可分为两种：加热温度高于A C3时的淬火为完全淬火；加热温度在A C1和A C3（亚共析钢）或A C1和A CCm（过共析钢）之间是不完全淬火。
在完全淬火时，钢的淬火组织主要是由马氏体组成；在不完全淬火时亚共析钢得到马氏体和铁素体组成的组织，过共析钢得到马氏体和渗碳体的组织。
亚共析钢用不完全淬火是不正常的，因为这样不能达到最高硬度。
而过共析钢采用不完全淬火则是正常的，这样可使钢获得最高的硬度和耐磨性。
在适宜的加热温度下，淬火后得到的马氏体呈细小的针状；若加热温度过高，其形成粗针状马氏体，使材料变脆甚至可能在钢中出现裂纹。
热处理工程实训实验报告
一、实验目的1. 了解热处理的基本原理和工艺流程。
2. 掌握热处理设备的使用方法和操作技巧。
3. 通过实际操作，提高对金属材料性能的认识和掌握。
4. 培养团队合作精神，提高实验操作能力。
二、实验原理热处理是一种金属加工工艺，通过加热、保温和冷却，改变金属内部组织结构，从而改善其性能。
热处理工艺主要包括退火、正火、淬火和回火等。
1. 退火：将金属工件加热到一定温度，保温一段时间后，以适当的速度冷却。
退火的目的主要是消除内应力，降低硬度，提高塑性，改善加工性能。
2. 正火：将金属工件加热到一定温度，保温一段时间后，在空气中冷却。
正火的目的主要是提高硬度，降低韧性，改善切削性能。
3. 淬火：将金属工件加热到一定温度，保温一段时间后，迅速冷却。
淬火的目的主要是提高金属的硬度和耐磨性。
4. 回火：将淬火后的金属工件加热到一定温度，保温一段时间后，以适当的速度冷却。
回火的目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度，提高韧性。
三、实验仪器及材料1. 实验仪器：加热炉、洛氏硬度计、金相显微镜、砂纸等。
2. 实验材料：45号钢、20号钢等。
四、实验步骤1. 实验一：45号钢淬火及回火前后硬度测量（1）将45号钢试样加热至850℃，保温30分钟，然后淬火。
（2）将淬火后的试样进行回火，分别在200℃、300℃、400℃下保温1小时。
（3）使用洛氏硬度计测量淬火及回火后的硬度。
2. 实验二：20号钢正火后硬度测量（1）将20号钢试样加热至840℃，保温30分钟，然后正火。
（2）使用洛氏硬度计测量正火后的硬度。
3. 实验三：金相组织观察（1）将45号钢和20号钢试样进行金相制样。
（2）使用金相显微镜观察金相组织。
五、实验结果与分析1. 实验一：45号钢淬火及回火前后硬度测量（1）淬火后的硬度为60HRC，回火后的硬度分别为58HRC、56HRC、54HRC。
（2）随着回火温度的升高，硬度逐渐降低，韧性逐渐提高。
2. 实验二：20号钢正火后硬度测量（1）正火后的硬度为48HRC。
钢的热处理及热处理后显微组织的观察实验报告
实验（实习）报告
实验名称钢的热处理及热处理后显微组织的观察班级姓名
组别学号
五、实验报告要求
1.按实验结果完成下表
45 T12 测
试记录
加热温度保温
时间
冷却
时间
回火
温度
硬度
HRC
加热
温度
保温
时间
冷却
时间
回火
温度
硬度
HRC
860℃10min
空冷
5min
无
780℃10min
水冷
0.5min
无油冷
2min
无
水冷
0.5min
无
水冷
0.5min
200℃
10min
水冷
0.5min
400℃
10min
水冷
0.5min
600℃
10min
2.在显微镜下观察45 钢的退火、正火、淬火、回火处理后的组织，并在下图中绘出组织特征，标明热处理状态。
3.在显微镜下观察T12 的淬火、回火后组织，并在下图中绘出组织特征，标明热处理状态。
钢的热处理及热处理后的显微组织观察实验报告
钢的热处理及热处理后的显微组织观察实验报告罗毅晗2014011673一、实验目的（1）熟悉钢的几种基本热处理操作：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）观察碳钢热处理后的显微组织。
二、概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。
三、实验内容加热温度冷却方法回火温度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度平均值860℃水冷﹨52.0 52.1 52.6 52.2 860℃油冷﹨20.2 23.4 19.1 20.9 860℃空冷﹨94.1 94.6 94.2 94.3 860℃炉冷﹨86.0 85.2 85.7 85.6 860℃水冷200℃51.9 52.0 52.1 52.0 860℃水冷400℃34.8 35.3 35.7 35.3 860℃水冷600℃20.3 21.5 19.6 20.5显微组织观察45钢860℃气冷索氏体+铁素体45钢860℃油冷马氏体+屈氏体45钢860℃水冷马氏体45钢 860℃水冷+600℃回火回火索氏体T12钢 760℃球化退火球化体T12钢 780℃水冷+200℃回火回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体T12钢 1100℃水冷粗大马氏体+残余奥氏体四、实验分析1.火温度而言，淬火温度越高，硬度越高。
但是一旦达到过高温度会导致形成的马氏体，使得力学性能恶化。
2.火介质而言，硬度大小：空冷>炉冷>水冷>油冷。
3.火温度而言，回火温度越高，硬度越低。
图像：分析原因：①据铁碳相图，淬火温度升高，45钢（亚共析钢）中铁素体含量减少，珠光体含量提高，而珠光体硬度很高，铁素体硬度低，导致硬度提高。
②根据C曲线，对亚共析钢的连续冷却，空冷生成F+S，炉冷生成F+P，水冷产生M，油冷产生T+M。
T10钢热处理工艺及组织性能研究
T10钢热处理工艺及组织性能研究任务书1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解T10钢的概况；熟悉钢T10的热处理工艺方法；认识T10钢热处理前后金相组织；找出热处理对T10钢组织和力学性能的影响规律，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。
2．主要任务（1）制定T10钢热处理工艺，进行热处理实验。
（2）制备金相试样，观察分析T10钢热处理前后的显微组织。
（3）测定T10钢热处理前后力学性能，包括硬度、冲击韧性等。
（4）分析热处理工艺、组织结构与力学性能之间的关系。
（5）撰写毕业论文。
结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。
3．主要参考资料[1] 王学前，贺毅. 高碳钢快速球化退火工艺的研究[J]. 热加工工艺，2002，（1）：32-33.[2] 沈晓钧. 工具钢的热处理[J]. 铸锻热———热处理实践，1994，（2）：4-17.[3] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007：230-308.4．进度安排审核人：2014 年12 月15 日T10钢热处理工艺及组织性能研究摘要：本次研究的主要内容是退火态T10钢的热处理工艺及其组织性能的研究。
通过观察经过不同预先热处理的退火态T10钢试样的显微组织，以及测量其洛氏硬度、冲击韧性等，分析了不同预先热处理的T10钢试样的组织性能和力学性能。
结果表明，正火+等温球化退火为退火态T10钢的最佳预先热处理工艺；不同预先热处理所得到的组织效果会遗传到最终的组织中；预先热处理为正火+普通球化退火和等温球化退火的退火态T10钢试样，经过水淬和低温回火后，发生了脆性转变。
关键词：T10钢，热处理，显微组织，力学性能Researching heat treatment process andmicrostructure properties of T10 steelAbstract：The main content of this study is researching the heat treatment process and microstructure of the annealed T10 steel.The microstructure and mechanical properties of T10 steel samples with different advance heat treatment were studied by inspecting microstructure of annealed T10 steel samples with different advance heat treatment and measuring the hardness and toughness of annealed T10 steel .The results show that the best advance heat treatment process is normalizing+ isothermal spheroidizing annealing.it will be inherited in the final tissue that is the effect of the tissue obtained by different advance heat treatment.the brittle transition occurs in the annealed T10 steel sample of advance heat treatment is normalizing + ordinary spheroidizing annealing or isothermal spheroidizing annealing after water quenching and low temperature tempering.Keywords:T10 steel, heat treatment, microstructure, mechanical propertiesI目录1前言 (1)1.1研究的目的及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3 研究内容 (2)2试验过程 (3)2.1热处理试验 (3)2.1.1试验原理 (3)2.1.2试验过程 (9)2.2试样制备及显微组织观察 (15)2.2.1金相试样的制备 (15)2.2.2显微组织观察 (18)2.3 力学性能测定 (19)2.3.1硬度测量 (19)2.3.2冲击韧性测量 (22)3 结果与分析 (26)3.1 显微组织分析 (26)3.2 力学性能分析 (28)3.2.1 硬度分析 (28)3.2.2 冲击韧性分析 (29)4结论 (31)参考文献 (32)致谢 (34)I I1 前言1.1 研究目的及意义我国钢铁行业发展迅猛，但也不是一帆风顺的，它也面临着很多的挑战，需要不断地创新科技，不断地提高产品质量。
热处理技术实验报告
一、实验目的1. 了解热处理技术的原理和过程。
2. 掌握热处理操作的基本步骤和方法。
3. 分析热处理对材料性能的影响。
4. 培养实验操作技能和观察能力。
二、实验原理热处理技术是通过改变金属或合金的内部组织和性能，使其满足使用要求的一种加工方法。
热处理过程主要包括加热、保温和冷却三个阶段。
根据热处理的目的和工艺，可分为退火、正火、淬火、回火等。
三、实验仪器及材料1. 仪器：箱式电炉、金相显微镜、抛光机、冷却介质、洛氏硬度计、4%的HNO3酒精溶液、含FeCl3。
2. 材料：GCr15钢、2Cr13钢。
四、实验步骤1. 准备试样：将GCr15钢和2Cr13钢分别切割成一定尺寸的试样，并进行表面处理。
2. 加热：将试样放入箱式电炉中，分别加热到不同的温度（如Ac1、Ac3等），保温一段时间。
3. 冷却：将加热后的试样分别采用水淬、油淬和空冷等不同的冷却方式。
4. 金相观察：将淬火后的试样进行抛光、腐蚀，用金相显微镜观察其组织结构。
5. 硬度测试：使用洛氏硬度计测试淬火前后试样的硬度。
五、实验结果与分析1. 金相观察结果GCr15钢淬火后的组织为马氏体和残余奥氏体，硬度较高；2Cr13钢淬火后的组织为马氏体和残余奥氏体，硬度较低。
2. 硬度测试结果GCr15钢淬火后的硬度为HRC60-62，2Cr13钢淬火后的硬度为HRC50-52。
六、实验结论1. 热处理技术可以显著提高金属材料的性能，如硬度、耐磨性、疲劳强度等。
2. 热处理工艺的选择对材料性能有重要影响，应根据材料性能要求和加工工艺选择合适的热处理工艺。
3. 淬火工艺可以显著提高钢的硬度，但也会降低其韧性。
七、实验心得通过本次实验，我深入了解了热处理技术的原理和过程，掌握了热处理操作的基本步骤和方法。
在实验过程中，我学会了如何观察金相组织，如何测试硬度，如何分析实验结果。
这次实验使我认识到热处理技术在金属加工中的重要性，为今后从事相关工作打下了基础。
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工具钢热处理工艺-组织-性能的系统分析
(综合性实验)
一、实验目的
1.掌握工具钢热处理中成分—工艺—组织—性能内在关系；
2.通过实验，掌握材料的系统分析方法。
3.了解工具钢不同工艺条件下的常见组织。
二、实验原理
工具钢主要用于制造各种切削刀具，模具和量具。
所以要有高的硬度和耐磨性、高的强度和冲击韧性等。
常用的工具钢有T10、9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V 等。
T10是普通碳素工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体＋少量残余奥氏体。
9CrSi是低合金工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体。
Cr12MoV是模具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋块状碳化物渗碳体。
下面以高速钢为例，介绍其热处理工艺特点,显微组织与性能的关系。
铸态的高速钢的显微组织黑色组织为δ共析相；白色组织是马氏体和残余奥氏体；鱼骨状组织是共晶莱氏体。
铸态高速钢的显微组织中，碳化物粗大，且很不均匀，不能直接使用，必须进行反复锻造。
锻造后还须进行退火。
退火的目的：①消除锻造应力，降低硬度便于切削加工；②为淬火组织做好组织上的准备。
因为原组织为马氏体、屈氏体、或索氏体的高速钢，未经退火，淬火时可能引起萘状断口。
退火温度宜为860～880℃，加热时间为3～4小时左右，为了缩短退火时间，一般采用等温退火，即：860～880℃加热3～4小时，炉冷到700～750℃等温4～6小时。
锻造退火组织：在索氏体基体上分布着粗大的初生碳化物和较细的次生碳化物（碳化物呈白亮点）。
高速钢的淬火工艺的特点：主要是加热淬火温度高。
目的是尽可能多的使碳和合金溶入奥氏体。
高速钢的淬火方法有油淬、分级、等温、空冷等。
以W18Cr4V 为例，淬火温度在1270℃～1290℃，淬火组织是由（60～70%）马氏体和（25～30%）残余奥氏体及接近10%的加热时未溶的碳化物组成，晶粒度9～10级。
硬度63～64HRC。
当淬火温度不足，在1240℃～1260℃时，碳化物大部分未溶入奥
氏体，晶粒度为11～12级。
硬度62～63HRC。
当淬火温度过高，在1300℃～1310℃时，碳化物数量减少，晶粒度7～8级。
硬度64～65HRC。
当淬火加热温度达1320℃左右时，晶界开始熔化，出现共晶莱氏体和δ共析相，此时过烧。
当两次淬火之间未经充分退火，易产生萘状断口，断口呈鱼鳞状白色闪光，如萘光，晶粒粗大，或大小不匀。
为了进一步减少变形并提高韧性，对于形状复杂，碳化物偏析严重的刀具可用等温淬火。
等温温度为240～280℃左右，其组织为40～50%下贝氏体和20%马氏体和35～45%残余奥氏体及未溶碳化物。
高速钢回火工艺的特点，主要是回火温度高，回火次数多，回火温度在560～570℃时，硬度和强度可达到最大值。
由于淬火高速钢中残余奥氏体数量较多，经一次回火后，仍有10%的未转变，硬度64～65HRC。
再进行两次回火，才能基本转变完。
第一次回火对淬火马氏体起回火作用，而在回火冷却中残余奥氏体转变成马氏体时又产生了新的应力，所以需要第二次回火，而第二次回火后由产生新的应力，还需要第三次回火进一步消除应力，有利于提高钢的强度和韧性，所以高速钢的典型回火规定是560℃，回火三次，每次1小时，回火后钢的硬度比淬火后略高，约在63～66HRC，得到组织是回火马氏体和未溶碳化物和1～2%残余奥氏体。
三、实验设备及试样
1.设备：4X型金相显微镜；洛氏硬度计。
2.试样： 1）9CrSi、Cr12MoV的金相试样一套；
2）W18Cr4V经不同温度淬火—回火的硬度试样一套。
3）W18Cr4V经不同温度回火的硬度试样一套。
四、实验内容
1．观察分析工具钢不同温度淬火-回火下的显微组织，见表1。
观察分析高速钢不同温度淬火下的显微组织，见表2。
2．硬度测试：不同淬火温度的W18Cr4V试样，相同淬火温度不同回火温度的W18Cr4V试样。
将试验结果填空入表3和表4。
表1工具钢不同热处理工艺制度下的显微组织
表2 W18Cr4V高速钢不同温度淬火后的金相试样
五、实验报告与综合分析
1.实验目的。
2.画出所观察试样的显微组织示意图，并标明材料、状态、显微组织、腐蚀剂、放大倍数。
3.绘出高速钢的硬度与不同淬火加热温度，以及不同回火温度的关系曲线。
4.根据成分特点，以高速钢为例对热处理工艺—组织—性能进行系统分析。
（1）通过对W18Cr4V各种状态显微组织的观察，在组织上如何区别铸态和过烧组织、退火和回火组织、不同温度的淬火组织、充分回火与不充分回火的组织，并进行分析其原因。
（2）高速钢W18Cr4V的A C1在800℃左右，但淬火加热温度一般在1250~1280℃，淬火加热温度为什么这样高?
（3）高速钢在淬火加热时，有可能会产生欠热、过热和过烧现象，根据金相组织上的特征，进行分析?
（4）W18Cr4V在560℃长时间一次回火，是否可以代替3次回火？
表 3 硬度与淬火温度关系表
表 4 硬度与回火温度关系。