热处理控制碳钢的组织性能及其表征
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。
实验一碳钢热处理后的基本组织观察
图1 45钢的完全退火组织（F+P） 200X 图2 T12钢的球化退火组织 500X
Ac3（或Acm）+30～50℃ 保温 空冷
1.正火
P片层较细 F晶粒较细小 强度和硬度较高
2.与退火相比
正火组织 图3 45钢正火组织 400X 图4 45钢正常淬火组织 500X
01
低温回火：回火马氏体
02
中温回火：回火屈氏体
03
高温回火：回火索氏体
04
回火
回火组织 图7 45钢水淬后200回火组织 500X 图8 45钢水淬后400回火组织500X
将各种材料的试样进行钢印编号，记录下不同材料的编号；
查阅热处理手册确定不同材料的临界转变点从而设定四种试样奥氏体化的加热温度;
六、实验报告要求
进行热处理试验时应注意高温，避免烫伤，做好防护。
金相试样制备应注意试样的清洁、光滑无划痕，以免影响组织观察的真实性。
01
02
七、实验注意事项
八、思考题
简述碳钢经过四种不同的热处理（退火、正火、淬火、回火）后组织和性能产生了哪些影响？
实验一 碳钢热处理后的基本组织观察
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观察和分析碳钢经不同热处理后钢的组织特征，掌握其变化规律；
1
熟悉和理解不同热处理工艺对碳钢组织和性能的影响。
2
一、实验目的
STEP 01
STEP 02
分别对20钢、45钢、T8钢和T10钢进行不同工艺的热处理；
Ac3或Ac1以上； 保温使其奥氏体化 快速冷却
淬火：
主要是马氏体或下贝氏体 少量残余奥氏体及未溶的第二相 目的：增加硬度和耐磨性
碳钢的热处理工艺对组织和性能的影响
碳钢不同热处理后组织形态观察
序号 钢种
处理状态
1 45
760℃、水冷
2 45
860℃、空冷
3 45 860℃、水冷200℃回火
6 45
860℃、水冷400℃回火
7 45
860℃、水冷600℃回火
8 T10 900℃、空冷
浸蚀剂
4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
1. 45钢 760℃加热-水冷
M+F
2. 45钢 860℃加热-空冷 S+F
碳钢的热处理工艺对组织和性能的 影响
一、实验目的 1、了解碳钢热处理操作。 2、研究淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T10钢 的和性能（硬度）的影响。 3、观察热处理后钢的组织。 4、学会洛氏硬度计的使用。
二、实验内容及概述 1、45和T10钢试样正火、淬火、回火操作，用洛氏硬度计测定 试样热处理后的硬度。 2、观察不同热处理后的显微组织。
由原来M组织形态变成多边形F与颗粒状渗碳体组成的组织称为回火S
8. T10钢 900℃加热-空冷 S+Fe3C Ⅱ网状
9. T10钢 900℃加热-水冷 M+A´
10. T10钢 780℃水淬 M+A΄ + Fe3C粒状
11. T10钢 780℃水淬+200℃回火 回火M +较少A΄ + Fe3C粒
9 T10 900℃、水冷
10 T10 780℃、水冷
材料科学实验-碳钢的组织和性能分析
一.碳钢的组织和性能分析实验目的：1. 了解钢的热处理工艺：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热处理后组织的影响；3. 观察分析碳钢热处理后的显微组织。
实验原理：1. 热处理工艺退火：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A1线以下某一温度后冷却。
2.淬火温度3.回火温度低温回火：（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。
高温回火：（500~650℃）所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC30，目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好冲击韧性的综合机械性能，主要用于中碳结构钢的热处理。
4.冷却方法实验设备：箱式电阻炉及控温仪表、洛氏硬度试验机、砂轮机、铁钳子实验内容：任选一种钢样品，结合铁碳相图、C曲线等，自己设计热处理工艺，预测热处理后的组织及硬度，画组织示意图，并说明在工业上的用途。
实验结果：选取45钢（亚共析钢），860°C气冷(v2) ，得到索氏体+铁素体工业用途：制造机械运动零件，还可代替渗碳钢制造齿轮、轴、活塞销等硬度约为HRC30组织示意图：组织特征：细小黑色片层状索氏体和白色的铁素体镶嵌分布二.凝固条件对金属铸锭组织的影响实验目的：1.观察和分析金属铸锭的正常组织2.讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响实验原理：1.铸锭分区金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域∶最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部的粗等轴晶区。
最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大;铸锭中间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义。
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。
碳钢的热处理后组织观察
碳钢的热处理后组织观察碳钢是一种含碳量较高的合金钢，主要成分是铁和碳。
它具有优良的可加工性、强度和耐磨性。
碳钢经过热处理后，能够改变其组织和性能，使其满足不同应用的要求。
热处理是通过加热和冷却的方式，改变钢材的组织和性能。
碳钢的热处理包括退火、正火、淬火和回火等过程。
首先是碳钢的退火处理。
退火是将钢材加热到一定温度，然后在适当的条件下进行冷却，以达到使钢材组织中的晶粒细化和均匀化的目的。
退火后的碳钢，晶粒尺寸减小，晶界的清晰度增加，硬度下降，韧性提高。
退火处理可以消除应力、改变钢材的硬度和强度，提高其加工性能。
其次是碳钢的正火处理。
正火是将钢材加热到一定温度，然后冷却到室温。
正火处理可以提高碳钢的硬度和强度，改善其耐磨性和切削性能。
通过正火处理，碳钢的晶粒尺寸更加均匀，组织更加紧密，硬度更高。
接下来是碳钢的淬火处理。
淬火是将钢材加热到高温后迅速冷却至室温。
淬火处理使得碳钢组织变为马氏体组织，表面硬度极高，内部组织变脆，但具有较好的耐磨性。
淬火处理后的碳钢通常具有高硬度、高强度和较低的韧性，常用于制作刀具、弹簧和齿轮等。
最后是碳钢的回火处理。
回火是将经过淬火处理的钢材再次加热到一定温度，然后进行冷却。
回火处理可以改变淬火处理后的组织，消除淬火时引入的内应力，并提高碳钢的韧性和可靠性。
回火处理后的碳钢具有较好的韧性、耐磨性和抗冲击性，适用于制作机械零件和工具。
总之，碳钢经过热处理后，其组织和性能得到改善，能够满足不同应用的要求。
不同的热处理方法和工艺参数会导致不同的组织结构和性能。
因此，在实际应用中，根据具体要求选择适当的热处理方法，可以使碳钢发挥最佳性能。
5.热处理控制碳钢的组织
实验讲义热处理控制碳钢的组织、性能及其表征一、实验目的1)熟练掌握并灵活运用碳钢的热处理原理，通过不同的热处理方式来得到不同的组织和性能；2)掌握热处理炉的使用，熟悉各类热处理工艺的操作；3)掌握金相样品的制备方法与详细步骤；4)掌握碳钢金相样品的腐蚀方法；5)掌握利用金相显微镜观察和识别碳钢的典型组织，利用硬度计表征各类组织之间硬度的差异。
二、实验要求1)每个学生能独立查阅资料，小组讨论，确定实验计划，并将实验计划提前一天给任课老师审阅；2)实验计划中对每一个热处理工艺必须给出具体的工艺参数，如升温时间、保温时间、降温方式等等（样品尺寸由学生自己切割）。
3)认真撰写实验报告，分析实验结果。
三、实验所需仪器设备1)箱式（管式）热处理炉；磨光机；抛光机；金相显微镜；硬度计；2)20#、45#、T8、T10、T13钢四、实验内容1)热处理工艺设计部分：a）通过热处理工艺，分别得到亚共析钢、共析钢和过共析钢的平衡组织；b）通过不同的热处理工艺获得上述某一种碳钢的（三种或三种以上）非平衡组织；2)金相样品制备部分：对热处理过的样品进行磨光、抛光，得到符合标准的金相样品，为后续观察做准备；3)组织性能表征部分：通过适当的腐蚀处理，显示碳钢的组织形貌；分辨三种平衡组织的形貌特征；分析某一种碳钢的不同组织结构的特征，通过硬度计表征其硬度，并与相关文献值比较，分析其差异和原因。
五、实验安全及注意事项1)实验的三个部分相辅相成，所有样品贯穿实验的始终，所以样品不能遗失、不能混淆，必须妥善保管；2)热处理过程（特别是淬火的时候）设计高温，操作的时候必须带防护手套，严格按照步骤进行操作，以免发生危险；3)所有设备都涉及到电源，注意用电安全，使用完毕后必须切断电源；4)金相样品制备的时候，硬度差别很大的样品不能镶嵌在一起，也不能在同张砂纸上打磨；5)金相磨光机需要使用水，注意用水的安全，使用完毕后必须切断水源；6)金相腐蚀液具有强的腐蚀作用，注意不能泼撒到身体上，特别是眼睛上，使用腐蚀液时，必须带上防护手套；7)在使用仪器设备时，必须认真阅读相关仪器的安全使用规程，严格按照操作规程使用，否则造成的损坏将追究赔偿责任；8)镶嵌金相样品的时候，镶嵌粉必须捣实，以免造成样品边缘的孔洞；9)磨制金相样品的时候，必须磨平，不能出现两个或更多平面。
热处理后碳钢显微组织的观察与分析
热处理后碳钢显微组织的观察与分析热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，改变其组织和性能的方法。
碳钢是一种含碳量较高的钢材，通过热处理可以得到不同的组织，从而改变其机械性能。
本文将对热处理后碳钢的显微组织进行观察与分析。
热处理过程中，碳钢首先需要进行加热，在足够高的温度下保温一段时间后，再进行冷却。
根据不同的加热温度和保温时间，可以得到不同的组织结构。
首先，我们来观察热处理前的碳钢显微组织。
通常来说，热处理前的碳钢具有粗大的珠光体组织。
珠光体是一种由铁和碳组成的混合物，呈珠状排列。
碳钢中的珠光体结构可以通过金相显微镜观察到，需要将样品进行切割、研磨和腐蚀处理。
在热处理过程中，最常用的方法是淬火和回火。
淬火是将加热到临界温度的材料骤冷至室温，目的是形成马氏体组织。
马氏体是一种类似于针状的组织结构，具有高硬度和脆性。
为了提高钢材的可塑性和耐磨性，常常进行回火处理。
回火是将淬火后的材料加热至较低的温度，再快速冷却。
回火过程中，马氏体逐渐转变为珠光体，从而使钢材具有更好的韧性。
通过金相显微镜观察热处理后的碳钢，可以看到不同的组织结构。
淬火后的碳钢主要由马氏体组成，呈针状结构。
马氏体是一种具有高硬度和脆性的结构，在一定条件下可以通过淬火获得。
回火后，马氏体会转变为珠光体，从而提高钢材的可塑性和韧性。
回火温度越高，珠光体的颗粒越大，机械性能会逐渐下降。
除了马氏体和珠光体外，热处理后的碳钢还可能出现一些其他的组织结构。
比如贝氏体是一种由针状晶体构成的结构，具有较高的硬度和韧性。
同时，还可能出现残余奥氏体、铁素体和非金属夹杂物等。
热处理后的碳钢的组织结构与加热温度、保温时间和冷却速率等因素密切相关。
在实际应用中，需要根据不同的要求选择合适的热处理工艺，以达到所需的组织和性能。
总结起来，热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，改变其组织和性能的方法。
热处理后的碳钢主要由马氏体和珠光体组成，通过回火处理可以改善钢材的可塑性和韧性。
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实验讲义
热处理控制碳钢的组织、性能及其表征
一、实验目的
1)熟练掌握并灵活运用碳钢的热处理原理，通过不同的热处理方式来得到不同的组织
和性能；
2)掌握热处理炉的使用，熟悉各类热处理工艺的操作；
3)掌握金相样品的制备方法与详细步骤；
4)掌握碳钢金相样品的腐蚀方法；
5)掌握利用金相显微镜观察和识别碳钢的典型组织，利用硬度计表征各类组织之间硬
度的差异。
二、实验要求
1)每个学生能独立查阅资料，小组讨论，确定实验计划，并将实验计划提前一天给任
课老师审阅；
2)实验计划中对每一个热处理工艺必须给出具体的工艺参数，如升温时间、保温时间、
降温方式等等（样品尺寸由学生自己切割）。
3)认真撰写实验报告，分析实验结果。
三、实验所需仪器设备
1)箱式（管式）热处理炉；磨光机；抛光机；金相显微镜；硬度计；
2)20#、45#、T8、T10、T13钢
四、实验内容
1)热处理工艺设计部分：a）通过热处理工艺，分别得到亚共析钢、共析钢和过共析
钢的平衡组织；b）通过不同的热处理工艺获得上述某一种碳钢的（三种或三种以
上）非平衡组织；
2)金相样品制备部分：对热处理过的样品进行磨光、抛光，得到符合标准的金相样品，
为后续观察做准备；
3)组织性能表征部分：通过适当的腐蚀处理，显示碳钢的组织形貌；分辨三种平衡组
织的形貌特征；分析某一种碳钢的不同组织结构的特征，通过硬度计表征其硬度，
并与相关文献值比较，分析其差异和原因。
五、实验安全及注意事项
1)实验的三个部分相辅相成，所有样品贯穿实验的始终，所以样品不能遗失、不能混
淆，必须妥善保管；
2)热处理过程（特别是淬火的时候）设计高温，操作的时候必须带防护手套，严格按
照步骤进行操作，以免发生危险；
3)所有设备都涉及到电源，注意用电安全，使用完毕后必须切断电源；
4)金相样品制备的时候，硬度差别很大的样品不能镶嵌在一起，也不能在同张砂纸上
打磨；
5)金相磨光机需要使用水，注意用水的安全，使用完毕后必须切断水源；
6)金相腐蚀液具有强的腐蚀作用，注意不能泼撒到身体上，特别是眼睛上，使用腐蚀
液时，必须带上防护手套；
7)在使用仪器设备时，必须认真阅读相关仪器的安全使用规程，严格按照操作规程使
用，否则造成的损坏将追究赔偿责任；
8)镶嵌金相样品的时候，镶嵌粉必须捣实，以免造成样品边缘的孔洞；
9)磨制金相样品的时候，必须磨平，不能出现两个或更多平面。
六、实验结果及数据处理
1)对所制备的金相样品进行观察和组织识别，并分析这些显微组织与热处理工艺之间
的关系，将典型的显微组织描绘出来；
2)分析各个样品的硬度值，并与热处理工艺结合，分析硬度的分布规律。
七、实验报告要求
1)详细介绍热处理工艺的设计思路和依据的原理；
2)详细介绍热处理的具体工艺和操作过程；
3)详细介绍金相试样制备的具体流程和注意事项；
4)详细分析金相组织，并描绘出典型的组织特征；
5)分析这些典型的组织与热处理工艺之间的关系；
6)详细介绍硬度的测试步骤；
7)分析样品的硬度值与热处理工艺之间的关系。
八、思考题及问题讨论
讨论完全退火、不完全退火、正火、淬火、低温回火、中温回火、高温回火等热处理工艺的主要作用和具体应用场合。
九、参考资料
1)金属学与热处理，崔忠圻主编，机械工业出版社，北京
2)钢铁热处理实用技术，许天己编著，化学化工出版社，北京
3)金属热处理工，中国就业培训技术指导中心编，中国劳动社会保障出版社，北京。