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1、碳素钢热处理一、 实验目的（1） 了解碳素钢基本热处理（退火、正火、淬火、及回火）的工艺方法和主要设备。（2） 研究碳的质量分数，加热温度、冷却温度，回火温度对钢性能的影响。（3） 熟悉硬度计的使用。二、 实验内容（1） 表3所列工艺进行热处理操作实验。（2） 测定热处理后试样的硬度（炉冷、气冷试样测HRB，其余试样测HRC）。三、 实验原理碳素钢热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。加热温度、保温时间和冷却速度，是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。1.加热温度（1） 退火 亚共析钢加热至Ac3+(2030)(完全退火)；共析钢，过共析钢加热至Ac1+(2030)（球化退火），得到粒状渗碳
2、体，硬度降低，以利切削加工。（2） 正火 亚共析钢加热至Ac3+(3050)；过共析钢加热至Accm+(3050),即加热至奥氏体单相区。退火和正火的加热温度范围，见图1.（3） 淬火 亚共析钢加热至Ac3+(3050)；共析钢和过共析钢加热至Ac1+(3050)，淬火的加热温度范围，见图2. 图1 退火和正火的加热温度范围 图2 淬火的加热温度范围钢的成分，原始组织及加热速度等皆影响临界点Ac1，Ac3，Accm的位置。热处理前需认真查阅有关的材料手册，按规范操作。否则，得不到预期的组织。如加热温度过高。晶粒容易长大，材料氧化，脱碳和变形而失去效能。几种碳素钢的临界点，见表1.表1 几种碳素
3、钢的临界点wc/%临 界 点 淬火温度Ac1Ac3Accm0.2727835T8608800.4800T8408600.6750T7908000.8727T7808001.0850T7608001.2895T760800注：T为过热度，取决于加热速度，一般为515。（1） 回火 碳素钢淬火后需尽快回火，按热温度的不同，可分为三种：1）低温回火 加热温度150250，目的是得到回火马氏体。部分降低淬火应力，减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等。2）中温回火 加热温度350500，目的是得到回火托氏体，较多的降低淬火应力，有高的韧性和弹性极限。用于弹簧钢等热处理。3
4、）高温回火 加热温度500650，目的是得到回火索氏体，消除淬火应力。强度、硬度、冲击韧度较好。淬火加上高温回火又称调质，用于重要零件，如主轴，齿轮等。2.保温时间 为了保证工件内外均达到指定的温度，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，工件升温和保温所需要的加热时间要给与保证。保温的加热时间需考虑诸多因素，可参考有关手册数据。据经验估算，按工件有效厚度在空气介质炉中每毫米碳素钢需1min1.5min；合金钢则需2min左右。利用盐浴炉加热，时间可减半。3.冷却速度 热处理时要充分注意不同的冷却方法，具体说：退火一般采用随炉冷却；正火（又称常化）采用出炉置于空气中冷却，大件则常常需要加吹风。淬火工艺
5、则较复杂。一方面要求工件冷却大于临界冷却速度，目的是得到全部马氏体组织或下贝氏体组织；另一方面又要要求工件减缓冷却速度，避免淬火应力过大，造成开裂或变形。理想的冷却是过冷奥氏体在最不稳定的温度范围内（650550）尽快冷却，迅速渡过危险区域，而在马氏体转变温度（30020）尽量降低冷却速度。淬火时的理想冷却曲线示意图，见图3.图3 淬火时的理想冷却曲线示意图四、 实验步骤（1） 全班分成两组，每组一套试样（45试样8块，T12试样8块）炉冷试样由实验室预先准备好。（2） 一加热温度的45和T12钢试样放入860和780炉子内加热（炉温预先由实验室升好）保温1520min后，分别进行水冷、油冷、
6、气冷操作。45钢750水冷试样待780炉中试样处理完后再进行。（3） 每组将水冷试样各取出三块45和T12试样分别放入200、400、600的炉内回火，回火保温时间为30分钟。（4） 淬火时，试样要用钳子夹住，动作要快，并不断在水中搅拌，以免影响热处理质量，取放试样要预先将炉子电源关掉。（5） 热处理后试样用砂纸磨去两端面氧化皮，然后测量硬度（HRC NRB）。（6） 一个同学都将自己测定的硬度填入表1-3中（每个试样打三点），并记下实验的全部数据，以供分析。五、 实验设备、仪器及材料（1） 线切割机。 （2） 砂轮机。 （3） 各种热处理炉。 （4） 淬火油箱。 （5） 硬度计。六、 实验结果七、 思考题表3 实验任务表钢号热处理工艺硬度值HRC或HRB加热温度冷却方法回火温度123平均45860炉冷气冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷钢号热处理工艺硬度值HRC或HRB加热温度冷却方法回火温度123平均T12860炉冷气冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷八、 实验报告要求（1） 写出实验目的。（2） 列出全部试验数据，填表1-3.分析碳含量、淬火温度、淬火介质及回火温度对碳钢性能（硬度）的影响，画出它们同硬度的关系的示意曲线，并根据铁碳相图、C曲线（CCT曲线）和回火时的转变阐明硬度变化的原因。
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