典型零件选材和热处理综合实验

实验名称：典型零件选材和热处理综合实验实验类型：

一、实验目的和要求（必填）二、实验原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的

1.加深理解零件选材与热处理工艺及合理编排之间的关系，较完整地掌握金属材料的内部组织、热处理工艺与性能之间的内在关系；能根据对零件选材的工况要求，提出硬度要求，并制定较合理的热处理工艺。

2.根据实验要求，合理选用各种设备及正确的操作方法。

二、实验原理

零件选材应根据其应用的不同工况，除了考虑变形失效外，还要考虑该零件同时收到其他类型载荷时的失效形式，它们主要表现为：

1.轴类件的疲劳断裂、磨损失效；

2.齿轮类零件的齿面点蚀、齿面磨损和齿面塑性变形；

3.弹簧类零件的疲劳和冲击断裂；

4.工具和模具类零件的磨损、局部崩刃和冲击断裂；

5.轴承类零件的接触磨损、疲劳点蚀。

综合上述失效形式，必须对零件所选质材料，进行合理的热处理工艺编排，除了进行整体热处理强化，还可以进行表面或局部热处理强化，以及井陉化学热处理等。

应此零件应选择使用性能和工艺性能（如热处理工艺和加工工艺）兼备，并且性价比好的材料。

三、主要仪器设备

箱式电阻炉、硬度计、计算机辅助金相分析系统/金相显微镜、供选择的钢材试样、金相试样制作装置。

四、实验步骤

1.选材

根据下表所示的要求，将表中材料用于紧固螺钉、车床主轴、主轴箱齿轮、轴承滚柱、车厢板簧、冲模凸模、钢卷尺、手工锯条等几种零件的选材。

根据本组人员数量，每人领取表中的一种金属试样，并确定其应用的零件及要求硬度。表内要求的硬度是为了便于试验而预设的，学生可根据自己的要求进行调整。表：各种金属材料的硬度要求

2.制定热处理工艺

1)根据铁碳合金状态图、C曲线和回火转变组织，查阅热处理工艺资料，制定所选材料的处理工艺参数，

选择热处理方法、设备和冷却方法、介质。

2)测定该金属试样的原始硬度并观察其内部组织。(本实验不操作)

3)根据对金属试样的硬度要求，制定合理的热处理工艺，并进行热处理操作。

4)测定热处理后式样的硬度并观察显微组织。(本实验不操作)

1.有一CrWMn钢制作冷冲纪念币的上下模，其淬火温度应该是多少，为什么？其回火的组织是什么，回火硬度大致是多少？

答：淬火是将钢加热至临界点Ac3或Ac1以上一定温度，保温后在以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。因为CrWMn是过共析钢，其加热温度通常选择在Ac1+(30～50)℃的范围，考虑到CrWMn钢中合金元素的作用，为了加速奥氏体化，淬火温度可偏高些，为Ac1以上50～100℃。因此，加热到一定温度时，其组织为奥氏体加球状碳化物，淬火后得到马氏体和其上均匀分布的粒状碳化物。

回火是将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。由于W形成碳化物，这种钢在淬火加低温回火后，得到回火马氏体和均匀细小的粒状碳化物组织，具有很高的硬度及耐磨性，同时显著降低了钢的淬火应力和脆性。此外W还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。

通过对不同热处理试样的硬度值、耐磨性的测定，可知淬火后CrWMn试样的硬度值比淬火加低温回火后试样的硬度值略高，同时在相同的淬火温度和回火温度下，回火后空冷的硬度值比水冷的硬度值大。从耐磨性来看，回火后空冷的试样的耐磨性远远比回火后水冷的好，硬度>50HRC。

2.实验室现有一45钢制作的轴类零件，其要求硬度为45~48HRC。试回答：

1)写出其加工工艺路线；

答：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精车→表面淬火、低温回火→磨削→成品。

2)制定预先热处理和终了热处理的工艺，确定热处理工艺参数；

答：正火是将钢件加热到临界点(Ac3或Accm)以上40~60℃或更高的温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的简便、经济的热处理工艺。回火是将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。这里可采用正火870℃，空冷；回火600℃。

3)写出各道热处理的目的和热处理前后的组织。

答：正火的目的是为了得到合适的硬度，以便于切削加工，改善组织，为调质处理作好准备。

调质是为了使主轴得到高的综合力学性能和疲劳强度。

表面淬火、低温回火是为了提高硬度，增加耐磨性，提高主轴的寿命。

回火后将得到回火马氏体。