金属材料热处理课程设计T10钢的淬火与回火.doc

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1、 金属材料工程专业课程设计T10钢的淬火与低温回火工艺设计学院： 化学与材料工程学院 专业： 金属材料 姓名： 浦海洲 学号： 150509110 概述：1.1热处理原理与工艺 热处理是对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工方法。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。 1.2 淬火

2、工艺淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬 火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性

3、能。将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水

4、或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。1.3 回火工艺低温回火又称“消除应力回火”。回火温度范围为150-250摄氏度，回火后的组织为回火马氏体。钢具有高硬度和高耐磨性，但内应力和脆性降低。主要应用于高碳钢和高碳合金钢制造的工具模和滚动轴承，以及经渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为58-64HRC。按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。低

5、温回火 加热温度150-200。淬火产生的马氏体保持不变，但是钢的脆性降低，淬火应力降低。主要用于工具、滚动轴承、渗碳零件和表面淬火零件等要求高硬度的零件。中温回火 加热温度350-500。回火组织为针状铁素体和细粒状渗碳体（FeC）的混合物，称为回火屈氏体。中温回火能获得较高的弹性极限和韧性，主要用于弹簧和热作磨具回火。高温回火 加热温度500-600。淬火加高温回火的连续工艺称为调质处理。高温回火组织为多边形的铁素体（ferrite）和细粒状渗碳体（Fe3C）的混合组织，称为回火索氏体。高温回火为了得到强度、硬度和塑性韧性等性能的均衡状态，主要用于重要结构零件的热处理，如轴、齿轮、曲轴等。

6、 工艺方案设计：2.1 实验材料成分及特征T10碳素工具钢,强度及耐磨性均较T8和T9高,但热硬性低,淬透性不高且淬火变形大，晶粒细,在淬火加热时不易过热,仍能保持细晶粒组织;淬火后钢中有未溶的过剩碳化物,所以耐磨性高,用于制造具有锋利刀口和有少许韧性的工具。适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，也可用作不受较大冲击的耐磨零件。T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高

7、些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。 T10钢板 T10钢高温淬火金像2.2 T10钢的淬火与低温回火工艺参数制定 2.2.1 淬火加热温度的选择 淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据 Fe-Fe3C相图确定（如右图所示）。对于T10钢（过共析钢），AC1为730，其加热温度为AC13050，即770,780,790。若加热温度不足（低于AC1），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。2.2.2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

8、可按照经验公式来估算。 温时间的经验公式为：t=KD(分钟)，其中：D是工件有效厚度, 单位为mm; K是加热系数，一般K=1.52.0分钟/mm T10淬火处理：770-790，淬火介质盐水、碱水，硬度36-65HC，回火140-160，保温时间1-2小时，硬度62-64HC 加热到Ac3或Ac1以上3050摄氏度. 工艺图温度T/790 A1AC1 150回火淬火60min50min时间t/min加热速度（/min）加热温度（）保温时间（min）冷却方式淬火579050水冷回火515060空冷工艺试验：3.1设备选择 热处理设备的选择要从设备经济性、可靠性、配套性、安全性、安全性以及工厂的

9、实际情况等来选择。 箱式电阻炉、洛氏硬度计、淬火用水槽、砂纸、金相显微镜。3.2实验过程1. 材料截取及表面处理 用钢锯锯下100mm长，直径50mm的圆钢2. 材料的热处理选择3个50100mm的T10钢件标记为1、2、3淬火：将3个钢件放入箱式保温炉中770、780、790下保温50min。将3个钢件取出放入水中冷却。回火：将淬火后的钢放入箱式保温炉中140、150、160下保温60min。将3个钢件取出空冷。将冷却后1、2、3号钢件用洛氏硬度计测出钢件硬度值，记下硬度值并求出平均值。将1、2、3号钢件打磨制作金相，观察金相组织将热处理后的硬度和金相组织与预期要求以及热处理前进行比较，得出

10、相关结论。3.金相显微组织观察(1)取样：用钢锯切下一小块试样(2)打磨：6008001200(3)抛光：抛光剂为金刚石抛光膏，直至试样表面无划痕。(4)腐蚀:试样抛光面侵入侵蚀剂中，面呈暗灰色，用水冲洗。(5)烘干：用电吹风吹干。(6)显微摄影：用金相显微镜对抛光后腐蚀的表面进行拍照。结果与分析：实验结果：淬火前： 实验次数数值一二 三 平均洛氏硬度Hr40.742.141.941.6淬火后： 实验次数数值一二 三 平均洛氏硬度Hr61.864.263.563.23.3.2金相图对比球化退火的T10淬火低温回火的T10结果与分析T10钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转

11、变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。对要求具有高的强度、硬度、耐磨性及一定韧性的淬火零件，通常要进行低温回火，获得以回火马氏体为主的组织，使其获得较高的硬度，同时淬火内应力得到部分消除，淬火时产生的微裂纹也大部分得到愈合。淬火配合低温回火从而满足机械零件和工具的不同使用要求。结论：通过此次实验可以得出以下结论： （1）淬火必要条件：临界

12、点以上，获得奥氏体；大于临界冷速，得到马氏体或下贝氏体。 （2）若加热温度在Ac1Accm之间, 得到细小的奥氏体晶粒和未溶解碳化物,淬火后得到隐晶马氏体和颗粒状碳化物，提高强度、硬度和耐磨性。若加热温度高于Accm，碳化物溶解，得到粗大的奥氏体晶粒，并且含碳量增加； （3）淬火后经过低温回火，其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。参考文献：1陆兴 热处理工程基础 机械工业出版社 20072夏立芳 金属热处理工艺学 哈尔滨工业大学出版社 20083李炯辉 金属材料金相图谱 机械工业出版社 20064上海市热处理协会实用热处理手册 上海科学技术出版社 2009 5 徐天祥 樊新民 热处理工实用技术手册 江苏科学技术出版社 2001 6 董世柱 唐殿福 热处理工实际操作手册 辽宁科学技术出版社 2006 7 刘智恩 材料科学基础 西北工业大学出版社 2007 8 张帆 周伟敏 材料性能学 上海交通大学出版社 2009第 15 页 共 15 页