热轧spcc组织性能分析报告
一：实验目的：
在热轧spcc组织性能分析过程中，了解轧制过程，知道轧制原理，掌握轧机操作要点，理解轧制方案；同时掌握如何磨金相试样，如何腐蚀，如何操作金相显微镜，如何拍金相照片，如何分析金相组织。
二：实验材料：
实验试样：spcc 4块、ss400 8块。
Spcc简介：
SPCC原是日本标准（JIS）的“一般用冷轧碳钢薄板及带”钢材名称，现在许多国家或企业直接用来表示自己生产的同类钢材【SPCC宝钢有生产,宝钢牌号应该是402 SPCC.含碳量为0.10,日本的含碳量为0.05,对应还有SPHC,为热轧.性质差不多. SPCD—相当于中国08AL（GB/T13237-1991）优质碳素结构钢】。补充：SPCC--表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-215A牌号。其中第三个字母C为冷Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。
日本钢材(JIS系列)的牌号中普通结构钢主要由三部分组成第一部分表示材如：S （Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状种类、用途，如P(Plate) 表示板，T（Tube）表示管,K(Kogu)表示工具；第部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。在牌号主体结构（第一、二、三部分）之后，根据需要，可附加钢材形状、制造方法及热处理的后缀符SPCC（Steel Plate Cold rolled Commercial）
是冷轧板的缩写，看上去很暗，表面需电镀或涂装处理。当然根据用途，可以选用不同种类的冷轧板，如做电锅的外锅就要用能做深抽的SPCE。它有SPCC-SB(平常称之为金光板)和SPCC-SD两种分类：
S----Standard Skin Pass 标准调质处理
B---Bright(光面的)：光亮表面，极光滑辗延表面（俗称双光）
D---Dull (雾面的)：灰暗表面，幼微粒辗延表面（俗称单光）表面处理：a、无处理（M）b、铬化处理（C）c、磷化处理（P）
日本冷轧碳素薄钢板，适用牌号：SPCC、SPCD、SPCE 符号：S-钢（Steel）、P-板（Plate）、C-冷轧（cold）、第四位C-普通级（common）、D-冲压级（Draw）、E-深冲级（Elongation）
标记示例：钢板、标准号Q/BQB402，牌号SPCC，热处理状态退火+平整（S），表央加工状态为麻面D，表面质量为FB级的切边（切边EC，不切边EM）钢板、厚度0.5mm，B级精度，宽度1000mm，A级精度，长度2000mm，A级精度，不平度精度为PF.A，则标记为：钢板ECQ/BQB 402-SPCC-SD-FB/（0.5×1000A×2000A-PF.A）产地：宝钢、台湾、日本、南韩浦项等
SS400简介：
SS400——第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400MPa的普通结构钢。
Spcc的成分如表1：
Ss400的成分如表2：
注：SS400基本上等同与我国的Q235。但在具体指标上有所差异,Q235的对
C、Si、Mn、S、P等元素的含量均作了要求，但SS400只要求S、P小
于0.050。
试样尺寸及压下规程制定如表3：
表3 不同钢种在相同压下量（2mm）下各种处理形式
三：实验设备：
1、金相切割机：
QG-2金相试样切割机（以下简称为切割机）是利用高速旋转的薄片砂轮来截取金相试样，它广泛地适用于金相实验室切割各种金属材料。由于本机附有冷却装置，用来带走切割时所产生的热量，因而避免了试样遇热而改变其金相组织。技术指标如表4：
2、加热炉：
箱式炉：箱式炉可满足用户对各种尺寸炉膛、最高温度，以及不同加热速率的需求。这种加热炉都有一个上提式平行铰链门，这样可保护操作人员避免受到热烧伤。门与电源开关连接一起，完全保护操作人员。
3、轧机：
二辊可逆式轧机（130轧机）
技术指标如表6：
4、金相照相设备
指标如表7：
四：实验方案
将四块同规格的spcc钢种加热到1080℃，一块不轧制作为原样对比，另外三块分别轧制，总的压下量为2mm，一道次轧制完成，轧完后空冷。考虑到从炉子出来到轧制开始，轧制初始温度有变化大概为60℃，所以初轧温度为1020℃.
轧制热处理曲线如下图1示：
图1
对比ss400在同等压下合同等开轧温度条件下，一组是一道次完成总的压下，轧后水冷；另一组是分成两次完成总的压下量，道次压下量相等，都为1mm ，轧后空冷，道次之间将轧件回炉保温15分钟处理，以防空冷温降太大。组2实验热处理图为图2、图3，如下所示。
开轧温度1020℃
spcc 总压下量为2mm ，轧制道次为一道，轧后空冷
空冷
时间/分钟
图 2
开轧温度1020℃
开轧温度1020℃
ss400总压下量为2mm ，一道次轧制后水冷
ss400总压下量为2mm ，分两道次轧制后空冷
保温15分钟
水淬
时间/分钟
时间/分钟
图3
五：实验步骤
1.第一步：样品准备与加热：
把带状样品spcc、ss400分别截成10等分，各取4份、8份，等加热炉温度升至1080℃时，均放入加热炉内加热，然后当温度不再变化时，依次由大到小调整加热炉速率，等速率调整到最小时而且温度不再降低时，说明轧件已经被加热好，轧件表面、内部温度已经均匀且都为1080℃，所以可以进行轧制了。
2.第二步：样品的轧制与冷却：
Spcc的轧制：从加热炉内取出spcc样品，将三块进行轧制，一块进行对比：分别将这四块样命名为1，2，3，4.分别从加热炉内取出三块样，取一个，轧一个，以免温降不等。总的压下量为2mm，一道次轧成，冷却方式都为空冷。将4号样不进行轧制，经加热到1080℃后直接空冷。
Ss400的轧制方式一：从加热炉内取出Ss400样品，将三块进行轧制，一块进行对比：分别将这四块样命名为5，6，7，8.分别从加热炉内取出三块样，取一个，轧一个，以免温降不等。总的压下量为2mm，一道次轧成，冷却方式都为水冷。将8号样不进行轧制，经加热到1080℃后直接水冷。
Ss400的轧制方式二：从加热炉内取出Ss400样品，将三块进行轧制，一块进行对比：分别将这四块样命名为9，10，11，12.分别从加热炉内取出三块样依次轧制，以免温降不等。总的压下量为2mm，两道次轧成，没道次压下量为1mm，道次之间要将轧件回炉保温，以免温度损失过多。冷却方式都为空冷。将12号样不进行轧制，经加热到1080℃后直接空冷。
3.第三步：锯样、磨样与抛光：
将这12块轧件分别沿纵向和横向切割，应用设备为金相切割机。然后将每块样品在磨样机上进行打磨，去除毛刺，初步对样品表平面进行加工。
分别对轧件进行从120度到800度等四个等级的磨样使轧件表面出现镜像，尽量使磨样的力最小，以免划痕太多。注意磨样时要时不时地进行
方向转换，要么顺时针，要么逆时针，总之，尽量使划痕最轻最少。
在抛光机上浇入抛光液，将磨好的样在抛光机上进行抛光。注意抛光时抛光方向与抛光机启动方向相反，抛光时轧件打磨面要轻微碰触抛光机，这样才可达到抛光的目的。
4.第四步：腐蚀与拍照：
将抛光好的样品进行腐蚀，腐蚀液为，4%的硝酸酒精，腐蚀时间不宜太长或太短，太长时拍出的照片会太暗，会造成腐蚀过度，腐蚀时间太短时，拍出的金像照片只会出项局部金相组织或者金相组织不清晰。所以，要控制好腐蚀时间。腐蚀好后用水冲洗，然后再用吹风机吹干。将吹干后的样品放到蔡司显微镜下进行拍照，获得三组金相组织图。
六：实验结果分析
1. 对比相同条件下轧制前后金相组织的不同：
第一组：spcc热轧后空冷金相组织图。图4为热轧后空冷，图5为相同条件下，没有经过轧制的对比图。
20μm
图4 图5
第二组：ss400热轧后水冷金相组织图。图6为热轧后水冷，图7为相同条件下，没有经过轧制的对比图。
图6 图7
第三组：图8为ss400热轧后空冷，总的压下量为2mm ，轧制道次为两道的金相组织图。图9为相同条件下，没有经过轧制的对比图。
图8 图9
2. 分析轧后金相组织
第一组：spcc 热轧后空冷，总的压下量不变为2mm ，金相组织图分析。 轧后冷却组织图4为：铁素体+渗碳体（F+Fe ⅢC 3） 轧前组织图5为：奥氏体+渗碳体（F+FeC 3）
第二组：ss400热轧后水冷，总的压下量不变为2mm 金相组织图分析。 轧后冷却组织图6为：板条马氏体（M ） 轧前组织图7为：奥氏体+类珠光体（A+P ）
第三组：ss400热轧后空冷，总的压下量不变为2mm ，轧制道次为两道的金相组织分析。
轧后冷却组织图8为：珠光体+二次渗碳体（P+Fe II C 3）
20μm
20μm
20μm
20μm
轧前组织图9为：珠光体+二次渗碳体（P+Fe II C3）
3. 分析造成金相组织不同的原因
A轧制道次对金相组织的影响。
对比ss400图6和图8发现：相同其他条件下（钢种、轧制初始温度、总的压下量均相同），轧制道次越多，境界越多，晶粒越细小。
B 轧后冷却速度对轧后组织的影响：
对比图6和图8发现：相同其他条件下（钢种、变形量），冷却速度越快，组织中马氏体越多，硬度越高，而且有残余应力，组织内部缺陷也多，容易应力集中。
C 钢种成分对轧后金相组织的影响
A）Spcc中Al对轧后金属组织影响：
钢中的Al能消除钢的实效硬化性，提高冲压性能，并且在含量<0.035%的情况下，屈服强度随Al的升高而降低，因此要想获得好的加工性能，需要提高Al的含量。热轧由于采用LF炉精炼后，保护不好，造成钢水大量吸氮，钢中的氮含量较高（80×10-6～100×10-6）。钢中的N含量过高，在铸坯中会产生气泡，影响热轧带卷的表面质量和加工性能，甚至引起轧钢生产事故。N含量大于0.009%，容易造成AlN的析出，脆化奥氏体晶界面，使铸坯出现角横裂或振痕处的横裂。
热轧工艺主要是控制AlN 的溶解与析出，这对于冷轧后形成饼状晶粒极为重要。在板坯加热过程中，AlN溶于奥氏体中，所以高温加热有利于溶解。然而在冷却过程中AlN 又会重新析出，热轧后空冷，使AlN析出，而平行排列在冷轧纤维结构之间，当退火再结晶时由于沿轧制方向平行排列的AlN 阻碍了晶粒沿厚度方向长大，而形成了伸长的饼形晶粒。“三高”的工艺，即高温加热，高温开轧，高温终轧，目的是让AlN 在高温时固溶，在冷轧后空冷时慢慢析出，以抑制不利织构而促进有利织构。Ar3 以上的高温终轧有利于AlN 保持固溶，同时得到均匀的再结晶晶粒。
B）S pcc中冷却速度对轧后金属组织影响：
图4为热轧后空冷，图5为相同条件下，没有经过轧制的对比图。图9为spcc 热轧后水冷，总的压下量不变为2mm，金相组织图。
对比图4、5和图10如下：
图4 图5
图10
从图10可知其金相组织为珠光体（P）。
对比如图4、图5可知：相同其他条件下（钢种、变形），冷却速度越快，组织中来不及转变，组织变得细密，而且由于轧制变形诱发相变使轧后组织有所改变。
对比图4图10可知，经水冷后，组织明显变得细密、均匀。
参考文献：
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一、国内外常用钢钢号对照表 中国国际原苏联美国日本德国英国法国 GB/T 700 ISO 3573 ISO 630 GOST 535 GOST 380 ASTM A283M ASTM A573M ASTM A284M ASTM A709M JIS G3101 JIS G3131 JIS G3106 DIN EN10025 BS 970 Part1 BS EN10025 NF EN10025 Q 195 HR2 CT1KP CT1CP CT1PC Gr.B SS 330 (SS34) SPHC SPHD 040A10 Q 215 A HR1 CT2KP-2 CT2PC-2 CT2CP-2 Gr.C Gr.58 SS 330 (SS34) SPHC Fe 360 C 040A12 Fe 360 C Fe 360 C Q 215 B CT2KP-3 CT2PC-3 CT2CP-3 Gr.C Gr.58 Gr.C SS 330 (SS34) SPHC SPHD 040A12 Q235 A Fe 360 A CT3KP-2 CT3PC-2 CT3CP-2 Gr.D SS 400 (SS41) SM 400A (SM41A) Fe 360 B Fe 360 C 080A15 Fe 360 B Fe 360 C Fe 360 B Fe 360 C Q 235 B Fe 360 D CT3KP-3 CT3PC-3 CT3CP-3 Gr.D SS 400 (SS41) SM 400A (SM41A) Fe 360 B Fe 360 C 080A15 Fe 360 B Fe 360 C Fe 360 B Fe 360 C Q 235 C Fe 360 D CT3KP-4 CT3PC-4 CT3CP-4 Gr.D Gr.65 Gr.D SS 400A (SS41A) SM 400B (SM41B) Fe 360 C 080A15 Fe 360 C Fe 360 C Q 235 D Fe 360 D CT3KP-4 CT3PC-4 CT3CP-4 SS 400A (SS41A) Fe 360D1 Fe 360D2 Fe 360D1 Fe 360D2 Fe 360D1 Fe 360D2
实验五碳钢热处理及性能分析 清华大学金工教研室 一、实验目的 1．了解热处理的基本操作过程。 2．了解热处理后碳钢的性能特点。 3．了解硬度计的正确使用。 二、实验内容 1．对45钢试件进行正火、淬火（水淬和油淬）、回火（低温和高温回火）等项热处理操作。 2．测定45钢试件退火、正火、淬火和不同温度下回火后的硬度值。 三、实验设备及使用 SRJX—4—9箱式电阻炉3台，洛氏硬度计4台。 硬度的测量 硬度是金属材料力学性能的主要指标之一，常用的测量方法是压入法，包括布氏、洛氏、维氏硬度等。硬度测量设备简单、操作方便，并可近似反映材料的其它力学性能，所以硬度测量成为工业中不可缺少的力学性能试验方法之一。本试验采用最广泛的洛氏硬度测量法。 1．洛氏硬度的测量原理 洛氏硬度的测量原理是用金钢石圆锥体或硬钢球做压头，在一定负荷作用下压入试样表面，以有面的压痕深度来表示材料的硬度，如图5-1所示。 负荷分两次加，先加预负荷P1，后加主负荷P2，总负荷为P=P1+P2。图5-1中： 图5-1 洛氏硬度试验原理图 0-0 压头没接触试样的位置。 1-1 压头施加预负荷P1后压入试样的位置，压痕深夜为h0。此时压头和试样接触良好，做为测量的起点。 2-2 压头施加总负荷P后压入的位置，试样表面的变形包括塑性变形和弹性变形。 3-3 卸除主负荷P2后，试样由于弹性变形的恢复而使压头略提高后的位置，压痕深度为h1。此时由于主负荷作用压头实际压入的深度h=h1-h0（mm），用来
表示被测材料的硬度。 为适应数值越大硬度越高的习惯，引入一常数K ，并规定压入深度每0.002mm 为一个洛氏硬度单位。则洛氏硬度公式为： 对HRA 和HRC ，K=0.2mm;对HRB ，K=0.26mm 。HR 值为一个无名数。 在一种硬度计上可采用不同的压头和总负荷，组成几种不同的洛氏硬度标尺，如HRA ，HRB ，HRC 等，以测定从软到硬的不同金属材料的硬度，其试验 度（HV ）相对比较。 2．洛氏硬度计的构造简图见图5-2。 图5-2 洛氏硬度计构造简图 洛氏硬度的测量过程如下： ①试样去除氧化皮并磨平擦净后放在工作台上，顺时针动手轮，使工作台上升至度样与压头接触为止。 ②加预负荷。继续上升工作台，直到表盘上短针由黑点位置转至红点位置。 ③调零点。使表盘上长针对准B —C 刻度线。 ④加主负荷。加荷手柄板至加荷位置，并停留10s 。 ⑤卸主负荷、读数。加荷手柄板回到卸荷位置，读出硬度值。然后下降载物合，取下试样。 四、钢的热处理简介 钢的热处理是通过钢在固态下的加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织，0.002 h K HR -=
金属材料及热处理实验报告 学院：高等工程师学院 专业班级：冶金E111 姓名：杨泽荣 学号： 41102010 2014年6月7日
45号钢300℃回火后的组织观察及洛氏硬度测定 目录 一、实验目的 (1) 二、实验原理 (1) 1.加热温度的选择 (1) 2.保温时间的确定 (2) 3.冷却方法 (3) 三、实验材料与设备 (4) 1.实验材料 (4) 2.实验设备 (4) 四、实验步骤 (4) 1.试样的热处理 (4) 1.1淬火 (4) 1.2回火 (5) 2.试样硬度测定 (5) 3.显微组织观察与拍照记录 (5) 3.1样品的制备 (5) 3.2显微组织的观察与记录 (6) 五、实验结果与分析 (6) 1.样品硬度与显微组织分析 (6) 2.淬火温度、淬火介质对钢组织和性能的影响 (6) 2.1淬火温度的影响 (6) 2.2淬火介质的影响 (7) 3回火温度对钢组织与性能的影响 (7) 3.1回火温度对45钢组织的影响 (7) 3.2回火温度对45 钢硬度和强度的影响 (7) 4合金元素对钢的淬透性、回火稳定性的影响 (8) 4.1合金元素对钢的淬透性的影响 (8) 4.2合金元素对钢的回火稳定性的影响 (9) 5碳含量对钢的淬硬性的影响 (9) 六、结论 (9) 参考文献 (9)
一、实验目的 1.掌握碳钢的常用热处理（淬火及回火）工艺及其应用。 2.研究加热条件、保温时间、冷却条件与钢性能的关系。 3.分析淬火及回火温度对钢性能的影响。 4.观察钢经热处理后的组织，熟悉碳钢经不同热处理后的显微组织及形态特征。 5.了解金相照相的摄影方法，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。 二、实验原理 钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。一般热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。 进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。正确选择这三者的规范，是热处理成功的基本保证。 1.加热温度的选择 1)退火加热温度一般亚共析钢加热至Ac3+(20—30)℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至Ac1 +(20—30)℃（球化退火），目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善高碳钢的切削性能。 2)正火加热温度一般亚共析钢加热至Ac3 +(30—50)℃；过共析钢加热至Accm +(30—50)℃，即加热到奥氏体单相区。退火和正火的加热温度范围选择见图2.1。 3)淬火加热温度一般亚共析钢加热至Ac3+(30—50)℃；共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30—50)℃，见图2.2。 钢的成分，原始组织及加热速度等皆影响到临界点的位置。在各种热处理手册或材料手册中，都可以查到各种钢的热处理温度。热处理时不能任意提高加热温度，因为加热温度过高时，晶粒容易长大，氧化、脱碳和变形等都会变得比较严重。各种常用钢的工艺规范见表2.1。 4)回火温度的选择钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能（常常是根据硬度的要求）。按加热温度高低回火可分为三类：
钢材性能有影响？ 1．化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。 6．为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分
碳钢热处理后的显微组织观察与分析 实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题一：实验目的 (1)观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。 (2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。 二：实验说明 碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。 图1 共析碳钢的c曲线 图2 45钢的CCT曲线 C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。 1．碳钢的退火和正火组织 亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则
采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。 2．钢的淬火组织 含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。 图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织 45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。 45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状组织，当转变量不多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。
碳钢热处理实验报告 专业: 班级: 组别: 组员名单： 姓名学号 XX大学机电工程系 指导老师：20XX年X月 碳钢的热处理实验 1 一．实验目的 （1）了解碳钢热处理工艺操作。 （2）学会使用马氏体测量材料的硬度性能值。 （3）探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对40钢和T12钢的组织和性能的影响。
（4）巩固课堂教学所学相关知识，体会材料的成分—工艺—组织性能之间关系。 二、概述 热处理是一种很重要的热加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。钢的热处理 工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来， 通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一 系列变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，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。 三．实验原理 (1)钢的热处理 1.钢的退火： 钢的退火指将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却的过程。钢 的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。 2.钢的正火: 正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Acm以上40~60℃，保温一段时间后，从炉中取出在空 气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化， 去除材料的内应力，降低材料的硬度。 3.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。 2
碳钢热处理后的组织（金相分析） 发布时间：2009-5-30 13:46:34 关闭该页 一、概述 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线（C曲线）。 铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。 1、共析钢等温冷却时的显微组织 共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1中。
2、共析钢连续冷却时的显微组织 为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图1）来分析。例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1中的υ1）应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到υ2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到υ3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至υ4、υ5（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变成马氏体，其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（υ4）称为淬火的临界冷却速度。 图1 图2 3、亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织 亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先
析出线，如图2所示。 当奥氏体缓慢冷却时（相当于炉冷，如图2中υ1），转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即υ3>υ2>υ1时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。 因此，v1的组织为铁素体+珠光体；v2的组织为铁素体+索氏体；v3的组织为铁素体+屈氏体。 当冷却速度为v4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体（如图3）；当冷却速度v5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织（如图6，图7）。 过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。 4、各组织的显微特征 （1）索氏体（s）：是铁素体与渗碳体的机械混合物。其片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。 （2）托氏体（T）也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图3）； 图3 托氏体＋马氏体
钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是： 1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.6； 3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到： 1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级 螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa 8.8公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2 一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的， X*100=此螺栓的抗拉强度， X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度 （因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10）
=============== 如4.8级 则此螺栓的 抗拉强度为：400MPa 屈服强度为：400*8/10=320MPa ================= 另：不锈钢螺栓通常标为A4-70，A2-70的样子，意义另有解释度量 当今世界上长度计量单位主要有两种，一种为公制，计量单位为米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等，在欧州、我国及日本等东南亚地区使用较多，另一种为英制，计量单位主要为英寸（inch），相当于我国旧制的市寸，在美国、英国等欧美国家使用较多。 1、公制计量：（10进制） 1m =100 cm=1000 mm 2、英制计量：（8进制） 1英寸=8英分 1英寸=25.4 mm 3/8￠￠×25.4 =9.52 3、1/4￠￠以下的产品用番号来表示其称呼径，如： 4#， 5#， 6#， 7#， 8#， 10#， 12# 螺纹 一、螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。根据其结构特点和用途可分为三大类：
钢的组织与化学成分对钢材性能的影响 一、钢的组织及其对钢性能的影响： 钢材是由无数微细晶粒所构成，碳与铁结合的方式不同，可形成不同的晶体组织，使钢材的性能产生显著差异。 1、钢的基本组织： 纯铁在不同温度下有不同的晶体结构： 钢中碳原子与铁原子的三种基本结合形式为：固融体、化合物和机械混合物。 下表列出了钢的四种基本组织及其性能。 钢的基本晶体组织 2、晶体组织对钢材性能的影响： 碳素钢的含碳量不大于0.8%时，其基本组织为铁素体和珠光体；含碳量增大时，珠光体的含量增大，铁素体则相应减少，因而强度、硬度随之提高，但塑性和冲击韧性则相应下降。
二、钢的化学成分对钢性能的影响： 钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响： 1、碳。 碳是决定钢材性能的最重要元素。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。 随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。 一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。 2、硅。 硅是作为脱氧剂而残留于钢中，是钢中的有益元素。 硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度和硬度以及耐蚀性，而对塑性和韧性无明显影响。但当硅含量超过1.0%时，将显著降低钢材的塑性和韧性，增大冷脆性实效敏感性，并降低可焊性。 3、锰。 锰是炼钢时用来脱氧去硫而残留于钢中的，是钢中的有益元素。 锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度，但塑性和韧性略有降低。但钢材中含锰量太高，则会降低钢材的塑性、韧性和可焊性。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。 4、磷。 磷是钢中很有害的元素。 随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。 磷也使钢材的可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在经过合理的冶金工艺之后，低合金钢中也将磷可配合其他元素作为合金元素使用。
一、钢材的主要性能 钢材的力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。 技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性能。 力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。工艺性能包括冷弯性能和可焊性。 （1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。 屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。 抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。 对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25； 实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3； 强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。 钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率随钢筋强度的增加而降低。 冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。 （2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。 （3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。危害极大，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 二、钢筋的工艺性能 1、钢材的性能主要有哪些内容 钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。工艺性能是钢材在各加工过程中表现出的性能，包括冷弯性能和可焊性。 (1)抗拉性能。表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗 拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。 屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。发生屈服现象时的最小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。 抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6～0.65，低合金结构钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.84～0.86。
实验七碳钢的热处理及硬度测定以及金相分析 实验项目名称：碳钢的热处理及硬度测定、金相分析 实验项目性质：综合实验 所属课程名称：金属材料与热处理 实验计划学时：4 一、实验目的 （1）熟悉碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。 （2）了解含碳量、加热温度、冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。 （3）分析淬火及回火温度对钢性能的影响。 （4）学会洛氏硬度计的使用。 （5）学会采用不同的热处理工艺，将会得到不同的组织结构，从而使钢的性能发生变化。 二、实验内容和要求 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，热处理的主要目的是改善钢材性能，提高工件使用寿命。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定 时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织发生了质的变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。 热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序，也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。Fe-FeC 相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。 1、加热温度 （1）退火加热温度：完全退火加热温度，适用于亚共析钢，AC3+ （30~50C）；
球化退火加热温度，适用于共析钢和过共析钢，Ac i+ (30~50C) (2)正火加热温度：对亚共析钢是AC3+ (30~50C)；过共析钢是Ac cm+ (30~50C),也就是加热到单相奥氏体区。 退火和正火的加热温度范围见图2-1所示。 图2-1退火与正火的加热温度
工程材料综合实验 车辆工程10-1 班 实验者： 陈秀全学号：10047101冯云乾学号：10047103高万强学号：10047105
一实验目的 1区别和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织； 2分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之 间的相互关系； 3、 了解碳钢的热处理操作； 4、 研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响； 5、 观察热处理后钢的组织及其变化； 6、 了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。 二实验设备及材料 1、 显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等； 2、 金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等； 3、 三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢 20#、中碳钢45#、高碳钢 T10） 三实验内容 三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、 中碳钢和高碳钢，均为退火状 态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。 6、 热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。 、 分析碳钢成分一组织一性能之间的关系。 四实验步骤： &观察平衡组织并测硬度： （1） 制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2） 观察并绘制显微组织；
（3）测试硬度。 9、进行热处理。 10、观察热处理后的组织并测硬度： （1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2）观察并绘制显微组织。 五实验报告: 、总结出碳钢成分一组织一性能一应用之间的关系
图1工业纯铁图2工业纯铁图3亚共析钢 图6过共析钢图5共析钢调质处理
图8共晶白口铸铁 图7 亚共晶白口铸铁 图10 20#正火（加热到860C +空冷）图9过共晶白口铸铁 图11 45#调质处理图12 T10正火处理
各大钢厂高性能钢材组织性能控制与品种开发 近年来，通过加强对碳锰钢、微合金钢及合金钢在轧制与冷却过程中的晶粒细化、析出与相变等的组织性能控制的基础与应用研究，在细晶高强钢、高级管线钢、高性能中厚板及特厚板、取向硅钢及先进汽车板等高性能冷轧带钢、新型铁素体不锈钢及双相不锈钢、高性能长材及管材等的工艺控制技术与产品开发方面取得了一大批重要成果，为轧制钢材的品质提升和国家经济建设作出了重大贡献。 1轧制过程组织性能控制研究及应用 1.1细晶和超细晶钢的研究开发及应用 近年的“新一代钢铁材料重大基础研究”项目以细晶和超细晶钢的研究开发为目标，该项目通过结合轧制生产线装备和工艺实际，开展了大量的理论和试验研究与探索，其中包括：①铁素体+珠光体（F+P）碳素钢或低合金钢采用强力轧制、形变诱导铁素体相变（DIFT）以及形变和相变耦合的组织超细化理论和技术；②结合奥氏体再结晶和未再结晶控制轧制和加速冷却（RCR+ACC）控制的晶粒适度细化理论和技术；③基于过冷奥氏体热变形的低碳钢组织细化一形变强化相变（DEFT）理论和技术；④基于薄板坯连铸连轧流程（TSCR）的奥氏体再结晶细化+冷却路径控制的低碳钢组织细化与强化理论与技术；⑤针对低（超低）碳微合金贝氏体钢的中温转变组织细化的TMCP+RPC理论与技术等。 这些理论与技术研究在长材、板带材和中厚板的强度翻番或升级，以及新产品开发中发挥重大的作用和显著的效果，近年已大批量地生产出细晶和超细晶钢。 1.2钢在形变、相变中的析出行为研究与控制 钢在形变、相变中的析出行为研究与控制是钢的组织性能控制的一个重要方面。通过大量的试验研究和生产实践证明，采用合理的冶金成分设计和轧制、冷却工艺控制，可以在钢中使大量的纳米尺寸粒子析出，使钢的强韧性得到显著提高。珠钢及涟钢等企业同高校合作，在TSCR线上通过实施高温大变形再结晶细化+冷却路径控制，实现晶粒细化与纳米粒子析出与分布控制，进而形成不同强韧化效果的组织性能柔性控制，开发生产出具有高成形性的低碳高强汽车大梁钢510L、550L、屈服强度500MPa~700MPa级钛微合金化高强耐候钢、600MPa和700MPa级低碳贝氏体工程机械用钢等系列高强韧钢，并进行了大批量生产和应用。经分析，微合金化高强钢中纳米粒子析出强化的贡献可达到150MPa~300MPa。 2 2250热连轧生产高级别管线钢的技术开发 中国近年先后投产的11套2000mm 以上宽带钢热连轧生产线为高级别管线钢等高性能高强钢产品开发提供了关键设备条件。2007年以来，首钢、太钢、马钢等钢铁企业利用2250热连轧生产线成功开发并大批量生产出18.4mm厚X80高级别管线钢。采用低C-高Mn-高Nb-少Mo-微V，或低C-高Mn-高Nb+适量Cr-Ni-Mo-Cu的成分体系设计，结合优化的TMCP 轧制工艺和低温或超低温卷取控制，获得以针状铁素体为主的高级管线钢复相组织，确保了厚规格产品的高强韧性和耐蚀性，保证了带钢全长组织性能的均匀性及良好的板形。2008年，首钢、太钢、马钢的2250热连轧生产线共生产了73.5万t X80管线钢，在中国的西气东输二线管线工程建设中发挥了关键作用。 3高性能高强度中厚板品种开发 3.1新型桥梁用钢的开发及应用 近年，武钢、鞍钢等企业采用TMCP技术开发了满足高强度、较低屈强比、焊接性、耐候性及低温冲击韧性要求的系列新型桥梁用钢，并应用于南京大胜关长江大桥等几十座跨江、跨海、铁路和公路桥梁建设。 武钢开发生产的WNQ570、WNQ690、14MnNbq桥梁钢的特点是：高强度，屈服强度大于等于420MPa；高韧性，-40℃Akv≥120J；良好焊接性，60mm以上厚钢板埋弧焊不预
实验名称：20号钢热处理组织和硬度综合实验 一．实验目的 （1）了解并掌握20号钢的热处理工艺、。 （2）掌握20号钢正火的步骤、规范以及硬度的变化。 （3）学会观察20号钢正火后的显微组织结构，分析其性能变化的原因。 （4）学会解决实验过程中的问题，探索最佳20号钢热处理工艺。二．简述4种基本热处理工艺（退火、正火、淬火及回火）方法及钢热处理后的显微组织特征 金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。 钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 退火：将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却(冷却速度最慢)，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。 正火：将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 淬火：将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶
液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 回火：为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。 退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 三．简述洛氏硬度测定的基本原理及应用范围 洛式硬度（HR-）是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59或3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，有HRA,HRB,HRC三种硬度。 HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.59mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。 另外： (1)HRC含意是洛式硬度C标尺， (2)HRC和HB在生产中的应用都很广泛
钢铁材料热处理及组织性能 班级：机设13-A1 姓名：朱铭书 学号：120133404056
摘要：钢材是当前社会运用最广泛的材料之一，具有非常悠久的历史，它推动了社会的大力发展，促进了社会的进步。作为结构材料．钢的组织和性能在很高的层面决定了产品的质量，因此，在选取钢铁材料时主重其组织与性能。然而，回望钢铁发展的历史，钢组织与性能与材料成分和热处理工艺有着千丝万缕的关系，通过改善材料成分和热处理工艺可以有效提升钢组织与性能。本文将对钢铁材料热处理及组织性能做浅显分析。 正文：一、钢的退火与正火 1、钢的退火是将工件加热到工艺要求的温度，经过适当的保温以后，在缓慢冷却下来的热处理工艺过程。加热温度在Ac3点以上的称为完全退火；加热温度在Ac1和Accm之间的称为不完全退火或球化退火；加热温度在A1点以下称为低温退火；还有扩散退火等退火工艺。退火的加热速度一般不受限制，但对于高合金钢和大截面工件，升温不可过快，否则，由于导热性差，引起很大的热应力，使工件产生变形甚至开裂。一般将升温速度控制在100～180℃/h比较适宜。加热时间是根据工件的有效厚度，并考虑装炉量、装炉方式和加热方法确定的，可以查阅热处理手册加以确定。退火的冷却方式是根据退火工艺的具体要求进行。（1）完全退火只适用于亚共析钢，加热温度为Ac3＋（20～30℃），合金钢可以略微高于此温度，保温足够时间后，随后缓冷（炉内冷却或按要求的冷却速度冷却）到550～500℃以下，再空冷。在加热和冷却的过程中，钢的内部组织全部进行了重结晶，即发生了加热时的奥氏体化和冷却时的奥氏体分解转变。所以完全退火又称重结晶退火。在重结晶过程中经历了两次形核长大，因此细化了晶粒。完全退火使钢获得了接近平衡状态的细晶粒组织，同时消除了焊接、铸钢、热锻轧钢中的粗大组织和魏氏组织，以及因终锻、终轧的温度过低造成的带状组织。完全退火还提高韧性，消除因冷速较快造成的内应力，降低含碳较高的亚共析钢硬度，以
碳钢的热处理实验报告-(恢复)
金属热处理实验报告 张金垚 41030165 材控102班
热处理实验报告（T8钢300℃回火） 一、实验目的 1、了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。 2、研究含碳量、加热温度、冷却速度、回火温度对钢热处理后性能的影响。 3、掌握洛氏硬度机的使用方法。观察热处理后钢的组织特征。 二、实验原理 1、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 碳钢在箱式电炉中加热时间的确定 加 热 温度(℃) 工件形状 圆柱形方形板形 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 700 1.5 2.2 3 800 1.0 1.5 2 900 0.8 1.2 1.6 1000 0.4 0.6 0.8 （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 钢中的内应力，防止变形和开 裂。为此，可根据C曲线图（如
预习报告 一、实验目的 1.根据所学热处理的知识，了解钢的基本热处理工艺制定过程； 2.学习不同热处理工艺对钢的性能的影响； 3.了解洛氏硬度计的主要原理、结构，学会操作方法。 二、实验原理 钢的热处理就是对钢在固态范围内的进行加热、保温和冷却，以及改变其内部组织，从而获得所需要的性能的一种加工工艺。热处理的基本工艺有退火、正火、淬火、回火等。 进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。正确选择这三者，是热处理成功的基本保证。 三、实验过程 1、设计可使材料达到实验性能要求的热处理工艺 2、对所给退火态试样进行硬度测定 3、按所给定工艺进行热处理 4、测定处理后试样的硬度以及检验所订工艺。对测试结果进行分析，必要时修改实验方案，重新实验 四、实验仪器 1、最高加热温度达1000℃的各种实验用箱式电阻炉 2、可供冷却的介质水和油 3、测试硬度的设备有洛氏硬度计 4、捆绑式样的细铁丝，夹持试样的铁钳
1.根据所学热处理的知识，了解钢的基本热处理工艺制定过程； 2.学习不同热处理工艺对钢的性能的影响； 3.了解洛氏硬度计的主要原理、结构，学会操作方法。 二、实验原理 1、加热温度的选择 (1) 退火加热温度 一般亚共析钢加热至A +(20~30)℃(完全退火)。共析钢和过共析钢加热至 c3 +(20~30)℃(球化退火)，目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善高碳钢的切A c1 削性能。 (2) 正火加热温度 + (30~50)℃；过共一般亚共析钢加热至Ac3十(30~50)℃；共析钢加热至A c1 析钢加热至A ccm+ (30~50)℃，即加热到奥氏体单相区。 (3) 淬火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3十(30~50)℃；共析钢和过共析钢加热至A 十 c1 (30~50)℃； (4) 回火温度的选择 钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能按加热温度高低回火可分为三类：低温回火中温回火高温回火。 2、保温时间的确定 为了使工件内外各部分温度约达到指定温度、并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，必须在淬火加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和保温所需时间算在一起，统称为加热时间。 实际工作中多根据经验大致估算加热时间。一般规定，在空气介质中，升到规定温度后的保温时间，对碳钢来说，按工件厚度每毫米需一分钟到一分半钟估算；合金钢按每毫分二钟估算。在盐浴炉中，保温时间则可缩短为空气介质中保温时间的1/2~1/3。 3、冷却方法 热处理时的冷却方式要适当，才能获得所要求的组织和性能。 退火一般采用随炉冷却。 正火采用空气冷却，大件可采用吹风冷却。 淬火冷却方法非常重要，一方面冷却速度要大于临界冷却速度，以保证全部得到马氏体组织；另一方面冷却应尽量缓慢，以减少内应力，避免变形和开裂。为了解决上述矛盾，可以用不同的冷却介质和方法，使淬火工件在奥氏体最不稳定的温度范围内（650℃~550℃）快冷，超过临界冷却速度，而在M （300℃~100℃） s 点以下温度时冷却较慢。
【课题】了解碳钢的力学性能（授课人：王竞男） 【授课类型】理论课 【教学目标】 【知识与技能目标】 1.了解碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2.了解拉伸试验的原理、过程，常见的硬度测试方法及其指标； 3.进一步理解常见类型碳钢及其力学性能特点。 【过程与方法目标】 1. 通过学习碳钢常见的力学性能及其衡量指标，理解力学性能对碳钢应用的重要影响； 2. 通过学习拉伸试验的原理、观看拉伸试验过程的视频，了解碳钢强度、塑性衡量指标 的来源和含义； 3. 了解硬度测试方法和类型，能根据材料类型初步选择合适的硬度。 【情感态度与价值观目标】 1.通过对材料的拉伸试验、硬度测试方法的学习，形成科学严谨的学习态度； 2.通过对碳钢的力学性能与其衡量指标的学习，懂得方法的选择以合适、恰当为最好。 【教学重点】1. 碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2. 拉伸试验过程和硬度测试方法。 3. 常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学难点】常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学方法】 学情分析：学生已经对碳钢及其成分有了一定的认识，但对碳钢力学性能及其衡量指标缺乏系统的认知，且由于学生在力学相关的物理学科知识方面基础薄弱，所以在学习力学性能部分时，应联系生活、生产中生动形象的实际例子帮助学生理解。 教法：读书指导法、问题引导法、小组讨论法 学法：以自学法为主，配合讨论法 【教学用具】多媒体设备及多媒体课件 【教学时间】2课时（90分钟） 【教学过程】 一、新课导入（7分） 师：同学们，本节课我们将进一步深入学习和了解碳钢的力学性能。假如你已经步入工作岗位，现在需要为一批订单选购适于数控车削的原材料，那么你会从哪些方面来挑选请简要说明原因。下面给大家半分钟思考时间，然后分别请几位同学为大家举例。 生：材料的软硬程度，这将决定其是否适宜车削加工…… 师：碳钢之所以获得广泛应用，是由于它具有良好的力学性能。碳钢的力学性能不但是设计零件、选用材料的重要依据，而且也是按验收标准来鉴定材料的依据以及对产品工艺进行质量控制的重要参数。 下面，就让我们进入到今天这节课的学习——碳钢的力学性能。 二、明确目标 结合PPT展示，明确本节课的学习目标和学习重、难点，让学生将任务了然于胸。 三、讲授新课