45钢的淬火工艺

一、实验目的

1、 了解45钢的淬火工艺方法。 2、 认识45钢淬火后的金相组织。 3、 分析淬火对碳钢性能的影响。

二、实验原理

钢的淬火

所谓淬火就是将钢加热到 Ac3（亚共析钢）或Ac1 (过共析钢)以上30～50℃，保温后放入各种不同的冷却介质中（ V冷应大于V临 ），以获得马氏体组织。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。

为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度、保温时间和冷却速度。 （1）淬火温度的选择

选定正确的加热温度是保证淬火

质量的重要环节。淬火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4所示）。对亚共析钢，其加热温度为 ＋30～50℃，若加热温度不足（低于），则淬火组织中将出现

铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为 ＋30～50℃，

淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。

（2）保温时间的确定

淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如表1所示。

表1 碳钢在箱式电炉中保温时间的确定

工 件 形 状 加 热 温度(℃) 分钟/每毫米直径 700 800 900 1000 1.5 1.0 0.8 0.4 圆 柱 形 方 形 保 温 时 间 分钟/每毫米厚度 2.2 1.5 1.2 0.6 分钟/每毫米厚度 3 2 1.6 0.8 板 形 （3）冷却速度的影响

冷却是淬火的关键工序，它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，以减少钢中的应力，防止变形和开裂。为此，可根据C曲线图（如图2所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度围（650～550℃）进行快冷（即与C曲线的“鼻尖”相切），而在较低温度（300～100℃）时冷却速度则尽可能小些。

为了保证淬火效果,应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火等)。不同的冷却介质在不同的温度围的冷却速度有所差别。各种冷却介质的特性见表2。

表2 几种常用淬火介质的冷却能力

冷却介质 18℃的水 50℃的水 10％NaCl水溶液（18℃） 10％NaoH水溶液（18℃） 10％NaoH水溶液（18℃） 蒸馏水（50℃） 硝酸盐（200℃） 菜籽油（50℃） 矿务机油（50℃） 变压器油（50℃） 在下列温度围的冷却速度（℃/秒） 650～550℃ 600 100 1100 1200 800 250 350 200 150 120 300～200℃ 270 270 300 300 270 200 10 35 30 25

三、实验容及步骤

 根据设备设备情况，每班分为五个小组进行。

 每组按要求领取试样。

 按照Fe—FeC3相图确定淬火加热温度及保温时间，并在加热炉面板上完成对加热温度及时间的设定。

 将试样放入炉，关上炉门，按下开关，开始加热。完成热处理之后取出试样。

 对热处理后的试样磨制、抛光和腐蚀后，进行显微组织观察。  将热处理前后的试样表面用砂纸（或砂轮）磨平,并分别测出洛氏硬度值（HRC或HRB）。  将实验数据填入下表。

材 料 编 号 1 2 3 淬 火 工 艺 加热 温度 保温 时间 冷却 方式 硬 度 处理前 处理后 组 织 （HR ） （HR ） 454 # 5 6 7 8 四、实验设备及材料 1、 箱式电炉及控温仪表 2、 洛氏硬度计

3、 冷却介质：水、油（室温） 4、 试样材料： 45钢

五、注意事项

1、本实验加热所用设备为电炉，电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。

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。 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，以免试样表面由于冷却不均而出现软化点。

5、淬火时水温应保持20～30℃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、 分析加热温度与冷却速度对钢性能的影响。 3、 绘制出45钢正火温度与硬度的关系曲线图。 4、 分析实验中存在的问题。

45钢的正火工艺

一、实验目的

1、 了解45钢的正火工艺方法。 2、 认识45钢正火后的金相组织。 3、 分析正火对碳钢性能的影响。

二、实验原理

钢的正火

将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。

正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接**衡状态的组织。 正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能

要求时，尽可能选用正火。

三、实验容及步骤

 根据设备设备情况，每班分为五个小组进行。  每组按要求领取试样。

 按照Fe—FeC3相图确定正火加热温度及保温时间（2h），并在加热炉面板上完成对加热温度及时间的设定。

 将试样放入炉，关上炉门，按下开关，开始加热。完成热处理之后取出试样。

 对热处理后的试样磨制、抛光和腐蚀后，进行显微组织观察。  将热处理前后的试样表面用砂纸（或砂轮）磨平,并分别测出洛氏硬度值（HRC或HRB）。  将实验数据填入下表。

材 料 编 号 1 正 火 工 艺 加热 温度 保温 时间 冷却 方式 硬 度 处理前 处理后 组 织 （HR ） （HR ） 45# 2 3 4 5 6 7 8

四、实验设备及材料 1、 箱式电炉及控温仪表 2、 洛氏硬度计

3、 冷却介质：水、油（室温） 4、 试样材料： 45钢

五、注意事项

1、本实验加热所用设备为电炉，电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。

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。

六、实验报告要求

1、 实验目的。

2、 分析加热温度与冷却速度对钢性能的影响。 3、 绘制出45钢正火温度与硬度的关系曲线图。 4、 分析实验中存在的问题。

45钢的退火工艺 （完全退火）

一、实验目的

1、 了解45钢的退火工艺方法。 2、 认识45钢退火后的金相组织。 3、 分析退火对碳钢性能的影响。

二、实验原理

钢的退火

退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。

常用的退火工艺有：①完全退火。用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部

转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。②球化退火。用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。③等温退火。用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。④再结晶退火。用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃ ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。⑤石墨化退火。用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右 ，保温一定时间后适当冷却 ，使渗碳体分解形成团絮状石墨。⑥扩散退火。用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下 ，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。⑦去应力退火。用以消除钢铁铸件和焊接件的应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除应力。

三、实验容及步骤

 根据设备设备情况，每班分为五个小组进行。

 每组按要求领取试样。

 按照Fe—FeC3相图确定退火加热温度及保温时间（2h），并在加热炉面板上完成对加热温度及时间的设定。

 将试样放入炉，关上炉门，按下开关，开始加热。完成热处理之后取出试样。

 对热处理后的试样磨制、抛光和腐蚀后，进行显微组织观察。  将热处理前后的试样表面用砂纸（或砂轮）磨平,并分别测出洛氏硬度值（HRC或HRB）。  将实验数据填入下表。

材 料 编 号 1 2 3 退 火 工 艺 加热 温度 保温 时间 冷却 方式 硬 度 处理前 处理后 组 织 （HR ） （HR ） 454 # 5 6 7 8

四、实验设备及材料 1、 箱式电炉及控温仪表 2、 洛氏硬度计

3、 冷却介质：水、油（室温） 4、 试样材料： 45钢

五、注意事项

1、本实验加热所用设备为电炉，电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。

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。

六、实验报告要求

1、 实验目的。

2、 分析加热温度与冷却速度对钢性能的影响。 3、 绘制出45钢退火温度与硬度的关系曲线图。 4、 分析实验中存在的问题。

试验数据参考

淬火温度调节： 目标值 Sv-1 250 Sv-2 450 Sv-3 650 Sv-4 850 退火温度调节： 目标值 Sv-1 250 Sv-2 450 Sv-3 650 升温时间 15 10 10 10 保温时间 2 2 2 25 冷却方式:水冷，水温不超过20-30℃。 升温时间 15 10 10 保温时间 2 2 2 冷却方式：随炉冷却至600℃以下再出炉空冷。 Sv-4 850 10 120 正火温度调节： 目标值 Sv-1 250 Sv-2 450 Sv-3 650 Sv-4 850 升温时间 15 10 10 10 保温时间 2 2 2 120 冷却方式：空冷。