实验报告：40钢试样退火、正火、淬火、热处理
西安交通大学实验报告
课程_机械工程材料_实验名称____________________
系别______________________实验日期年月日
专业班号____________组别_________交报告日期年月日
姓名_______学号______________报告退发（订正、重做）同组者____________________________________教师审批签字
实验名称
一、实验目的
（1）了解碳钢热处理操作。
（2）学会使用洛氏温度计测量材料的硬度性能值。
（3）利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后的钢的金相
组织分析。
探讨淬火温度、淬火冷却温度、回火温度T12钢的组织和性能影响。
二、实验内容
（1）40钢试样退火、正火、淬火、热处理。（2）用洛氏硬度计测定试样热处理实验前后的硬度。（3）观察样品，获取其纤维组织图像
对照金相图谱，分析讨论本次实验可能获得的典型组织：片状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体等的金相特征。
三、实验概述
（1）热处理工艺参数的确定Fe-Fe3C状态图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。热处理工艺参数主要包括加热温度、保温时间和冷却速度。（2）基本组织的金相特征
碳钢经热退火后可得到（近）平衡组织，淬火之后则得到各种不平衡组织。普通热处理除退火、淬火之外还有正火和回火。这样在研究钢热处理后的组织时，还要熟悉索氏体、托氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索式体等基本组织的金相特征。（3）金相组织的数码图像
金相组织照片可提供材料内在质量的大量信息及数据，金相分析是材料科研、研发及生产中的重要分析手段。
XJP-6A金相显微镜数字采集系统是在XJP-6光学显微镜基础上，添加光学适配镜，通过图像采集和信息化处理，提供计算机数码图像的系统，可获得真实、精细的影像，以及高品质的金相显微组织照片
四、实验材料及设备
（1）砂纸、玻璃板、抛光机等金相制样设备。（2）40钢（3）马福电炉（4）洛氏硬度计（5）淬火水槽、油槽（6）铁丝、钳子
（7）金相显微镜、数码金相显微镜
五、实验流程
（1）取已编好号码的试样一块，绑好铁丝环。
（2）由实验老师讲解洛氏硬度计的使用，观看硬度测定示范并测定
试样处理前硬度。
（3）断电打开电炉门，将试样放入850℃炉膛内加热，试样尽量靠
近炉中测温电偶端点，以保证热电偶测出的温度尽量接近试样温度。
（4）当试样加热到要求温度时，开始计算保温时间，保温到所需时
间后，断电开炉门，立即用钩子取出试样，出炉水冷30秒左右。
（5）试样经处理后，用砂布磨去氧化皮，擦净，然后在洛氏硬度计
上测硬度值，将数据填入原始记录表格中。（6）制备金相试样，在数码显微镜上采集图像。
六、实验心得
通过实验，了解了碳钢的热处理工艺操作，学会了使用洛氏硬度计测量硬度和利用数码显微镜获取组织图像，实验过程要耐心细心，才能得到理想的结果。
40钢在淬火后硬度大幅度提高，从0提高到22左右，因为淬火后得到了马氏体，强度增加。原始记录表格
试样编号处理前2材料名称45钢样品硬度（HRC）0淬火后回火后25.022.223.1回火温度无回火热处理工艺加热温度850℃冷却方法油冷最终组织照片显微镜型号硬度计型号XJP-6AHR-150A金相组织描述放大倍数400马氏体腐蚀剂4%硝酸酒精
扩展阅读：碳钢的热处理实验指导书
北京理工大学珠海学院-工程材料及热处理实验
工程材料及热处理
实验指导书
北京理工大学珠海学院机械与车辆学院
201*.10
实验三碳钢的热处理实验
一、实验目的
1、了解碳钢热处理的基本方法。
2、了解不同热处理方法对碳钢组织与性能的影响。
二、实验原理
热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺。不同的热处理工艺过程，会使钢得到不同的组织，从而获得所需要的性能。
钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火，，淬火和回火等。1、钢的退火和正火
钢的退火是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3以上，保温一段时间，然后缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在高温区发生分解而得到比较接近平衡状态的组织。中碳钢(如40、45钢)经退火后组织稳定，硬度较低(HBl80~220)有利于下一步进行切削加工。
正火是将钢加热到Ac3或Acm以上30～50C，保温后空冷。因冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体相对量较多，且片层较细密，所以性能有所改善。对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光洁度；对高碳钢则正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火作准备。
2、钢的淬火
淬火是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上3050C，保温后放入各种不同冷却介质中快速冷却(V冷应大于V临)，以获得马氏体组织的一种工艺。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。
淬火必须考虑三个重要因素：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。（1）淬火温度的选择
正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火时的加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据Fe-Fe3C相图确定。亚共析钢，其加热温度为Ac3+30～50~C。过共析钢，加热温度为Ac1+30～50C。不能任意提高加热温度。温度过高晶粒容易长大，并增加氧化脱碳和变形的倾向。各种不同成分碳钢的临界温度列于表3-1中。（2）保温时间的确定
淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所用的加热介质、加热方法等因素有关，一般按照经验公式加以估算，碳钢在电炉中加热时间的计算可参见表3-2。
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表3-1各种碳钢的临界温度（近似值）
类别钢号2030临界温度℃Ac1735732724724725727
Ac3855813790780760766Ar1680677680682690700Ar3835835796760760721碳素结构钢40455060表3-2碳钢在箱式电炉中保温时间的确定
工件形状加热温度℃圆柱形方形保温时间分钟/每毫米直径分钟/每毫米厚度分钟/每毫米厚度7008009001000
(3)冷却速度的影响
冷却是淬火的关键工序，直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减小内应力，防止变形和开裂。可根据C曲线图，使淬火工件在过冷奥氏体最不稳定的温度范围(650～550C)进行快冷(即与C曲线的“鼻尖”相切)，而在较低温度(300100C)时的冷却速度则尽可能小些。
不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却能力有所差别。各种冷却介质的特性见表3-3。
3、钢的回火
钢经淬火后得到的马氏体组织质硬而脆，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。因此淬火钢必须进行回火处理。
回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。碳钢常用的回火种类、
板形1.510.80.42.21.51.20.6321.60.8北京理工大学珠海学院-工程材料及热处理实验
回火目的、回火后的组织及应用见表3-4。
表3-3几种常用淬火介质的冷却能力
冷却介质18℃的水26℃的水50℃的水74℃的水10%NaCl水溶液（18℃）10%NaOH水溶液（18℃）10%Na2CO3水溶液（18℃）蒸馏水肥皂水菜籽油（50℃）矿物机器油（50℃）变压器油（50℃）
在下列温度范围内的冷却速度（℃/秒）650~550℃6005001003011001201*0025030201*50120300~200℃270270270201*00300270201*01*52025表3-4几种常用回火种类的应用
回火种类温度、组织、应用回火温度回火组织150-250℃M回在保留高硬度高耐回火目的磨性的同时，降低内应力350-500℃T回提高e及s，同时使工件具有一定韧性。500-650℃S回获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。适用于各种高碳钢、渗碳件及表面应用淬火件。适用于弹簧和热锻模热处理广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。
低温回火中温回火高温回火三、实验用设备、仪器和材料
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1、实验设备、仪器
SX2系列箱式电炉、HR-150A型洛氏硬度计、HB3000型布氏硬度计、20倍读数显微放大镜、淬火水槽。2、实验工具及材料
45#试样若干、细铁丝网、细铁丝、冷却剂水（20~30C）、夹钳、砂纸。
四、实验内容
1、45号钢的正火、淬火与回火
（1）每4人一组，每组取3块45号钢试样，一块用作正火，另外两块用作淬火。（2）用细铁丝网及铁丝将需淬火的试样绑扎好，另外用作正火的试样不需绑扎。（3）将所有试样放入箱式电炉中加热至860℃，保温约20分钟。（4）2人一组，分别进行水冷(2块)、空冷(1块)操作。
（5）将水冷试样取出1块放入400℃的炉中回火，保温时间为30分钟。2、45号钢热处理后的硬度测试
（1）45号钢正火（空冷）后的硬度测试
将正火后的试样用砂纸磨去氧化皮，然后测量布氏硬度(测1点)。注意根据试样厚度和状态，依据实验一中的表11选择合适的布什硬度测试规范。将测试数据填写在表35中。
（2）45号钢淬火、回火后的硬度测试
将淬火、淬火+回火后的试样用砂纸磨去氧化皮，然后测量洛氏硬度(各测3点)，将测试数据填写在表36中。
表3-545号钢正火后硬度测试结果热处理工艺压头加热温冷却度（℃）方法类直径型（mm）860空冷布什硬度实验规范F/D2负荷保荷时间(Kgf)(s)P压痕直径d1d2d(平均)硬度值（HBS）表3-645号钢淬火、回火后硬度测试结果加热温度（℃）860热处理工艺冷却回火温度（℃）方法水冷水冷400硬度值HRC123平均换算为HBS北京理工大学珠海学院-工程材料及热处理实验
五、实验注意事项
1、本实验加热所用电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放取试样时必须先关断电源。
2、往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长。
3、试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。4、试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点。5、淬火时水温应保持20~30C左右，水温过高要及时换水。
6、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮后再测定硬度值。
六、实验报告要求
1、实验目的。
2、简述本实验操作过程。
3、将45号钢处理后的各试样的硬度测量结果填入上述表中。4、分析45钢正火、淬火、淬火+400℃回火的组织与性能的差别。
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