45钢正常温度淬火和过热、欠热淬火的组织硬度实验
Microstructure and Hardness Experiment of 45 Steel Normal
Temperature and Over Heat and Under Heat Quenching
LU Lingkai， CAO Huanling， XU Xiaofeng
（Zhejiang Agriculture & Forestry University， Hangzhou，Zhejiang 311300）
Abstract The content of this paper is the microstructure and hardness experiment of 45 steel normal temperature and over heat and under heat quenching. The Experiments were carried out in 6 groups. The samples was heated to 750 degrees and 850 degrees and 950 degrees， the samples were cooled in water and 20 engine oil，test sample hardness， production of metallographic specimen，observe the microstructure， and comparison and analysis the results.
钢的热处理工艺一般分为退火、正火、淬火和回火四种。淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的刚性、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
性能。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用，机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。淬火是钢铁材料强化的基本手段之一，本文实验材料45钢在淬火前的硬度低于28HRC，淬火后的硬度可达到甚至超过55HRC，其硬度值的大小由热处理工艺决定。
45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。目前45钢的热处理工艺有正火、淬火与回火，一般热处理温度为：正火850℃、淬火840℃、回火600℃。随着热处理工艺参数的变化，热处理后45 钢组织和性能随之改变。一定温度下正火时得到珠光体和铁素体组织，而淬火和回火得到的则是马氏体组织。随着加热温度、保温时间和冷却速度等的改变，热处理后所得到的组织变化主要是组织粗细和组织类型二个方面，组织粗细和组织类型是使45钢性能改变的根本原因。通常显微组织颗粒越细，材料的综合性能就越好。
1 实验设备及材料
（1）箱式电阻炉；（2）HR150型洛氏硬度计；（3）NJF-120A金相显微镜；（4）砂轮机、抛光机、金相砂纸、玻璃板及吹风机；（5）冷却剂：水、20号机油；（6）试样尺寸：45钢，形状为圆柱体30*30mm。
2 实验内容和步骤
（1）按表1将实验分成6个小组进行，每组领取样品；（2）依据铁碳合金相图，按表1给定的加热温度和保温时间，在箱式电阻炉上设定加热温度与保温时间，对试样进行加热和保温；（3）按表1将试样在水中或油中冷却；（4）将热处理试样表面打磨光滑，测出洛氏硬度值，实验数据
《钢的热处理》习题与思考题参考答案 （一）填空题 1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。 2．淬火钢低温回火后的组织是 M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是 T回，一般用于高σ e 的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。 3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。 4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。 5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。 6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。 7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。 8．T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 M回+碳化物+Ar ，其硬度大致不低于 58HRC 。（二）判断题 1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。（×） 2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。（×） 3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。（×） 4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。（√） 5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。（×） 6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。（√） （三）选择题 1．钢经调质处理后所获得的组织的是 B 。 A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．索氏体 2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性 A 。 A．提高 B．降低 C．不改变 D．对小试样提高，对大试样则降代 3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A 。 A．Accm+（30~50）℃ B．Accm-（30~50）℃ C．Ac1+（30~50）℃ D．Ac1-（30~50）℃ 4．钢丝在冷拉过程中必须经 B 退火。 A．扩散退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．重结晶退火 5．工件焊接后应进行 B 。A．重结晶退火 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．扩散退火 6．某钢的淬透性为J，其含义是 C 。 A．15钢的硬度为40HRC B．40钢的硬度为15HRC C．该钢离试样末端15mm处硬度为40HRC D．该钢离试样末端40mm处硬度为15HRC （四）指出下列钢件的热处理工艺，说明获得的组织和大致的硬度： ① 45钢的小轴（要求综合机械性能好）； 答：调质处理（淬火+高温回火）；回火索氏体；25~35HRC。 ② 60钢簧； 答：淬火+中温回火；回火托氏体；35~45HRC。 ③ T12钢锉刀。答：淬火+低温回火；回火马氏体+渗碳体+残余奥氏体；58~62HRC。
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淬火钢回火时力学性能的变化 ●低碳钢回火后力学性能 当低于200℃回火时，强度与硬度下降不多，塑性与韧性也基本不变。这是由于此温度下仅有碳原子的偏聚而无析出。固溶强化得以保持的缘故。 当高于300℃回火，硬度大大下降，塑性有所上升。这是由于固溶强化消失，碳化物聚集长大，α相回复、再结晶所致。所得综合性能并不优于低碳马氏体低温回火后性能。 ●高碳钢一般采用不完全淬火，使奥氏体中碳含量在0.5%左右。淬火后低温回火以获高的硬度，并生成大量弥散分布的碳化物以提高耐磨性，细化奥氏体晶粒。 当高于300℃回火时，硬度、强度下降明显，塑性有所上升，冲击韧性下降至最低。这是由于薄片状θ碳化物析出于马氏体条间并充分长大，从而降低了冲击韧性，而α基体因回复和再结晶共同作用，提高了塑性，降低了强度。 当低于200℃回火，硬度会略有上升，这是由于析出弥散分布的ε(η)碳化物，引起的时效硬化。 ●中碳钢回火后的力学性能 当低于200℃回火，析出少量的碳化物，硬化效果不大，可维持硬度不降。当高于300℃回火，随回火温度升高，塑性升高，断裂韧性K IC剧增。强度虽然下降，但仍比低碳钢高的多。 ●回火脆性 某些钢在回火时，随着回火温度的升高，冲击韧性反而降低。由于回火引起的脆性称为回火脆性。
当300℃回火时，硬度下降缓慢，一方面碳的进一步析出会降低硬度；另一方面，由于高碳钢中存在的较多的残余奥氏体向马氏体转变，又会引起硬化。这就造成硬度下降平缓，甚至有可能上升。回火后仍处于脆性状态。 在200~350℃出现的，称为第一类回火脆性；在450~650℃出现的，称为第二类回火脆性。 1. 第一类回火脆性，属不可逆回火脆性。 当出现了第一类回火脆性后，再加热到较高温度回火，可将脆性消除；如再在此温度范围回火，就不会出现这种脆性。故称之为不可逆回火脆性。在不少钢中，都存在第一类回火脆性。当钢中存在Mo、W、Ti、Al，则第I类回火脆性可被减弱或抑制。 目前，关于引起第一类回火脆性的原因说法很多，尚无定论。看来，很可能是多种原因的综合结果，而对于不同的钢料来说，也很可能是不同的原因引起的。 最初，根据第一类回火脆性出现的温度范围正好与碳钢回火时的第二个转变，即残余奥氏体转变的温度范围相对应而认为第一类回火脆性是残余奥氏体的转变引起的，因转变的结果将使塑性相奥氏体消失。这一观点能够很好地解释促Cr、Si等元素将第一类回火脆性推向高温以及残余奥氏体量增多能够进第一类回火脆性等现象。但对于有些钢来说，第一类回火脆性与残余奥氏体转变并不完全对应。故残余奥氏体转变理论不能解释各种钢的第一类回火脆性。 之后，残余奥氏体转变理论又一度为碳化物薄壳理论所取代。经电镜证实，在出现第一类回火脆性时，沿晶界有碳化物薄壳形成，据此认为第一类回火脆性是由碳化物薄壳引起的。沿晶界形成脆性相能引起脆性沿晶断裂这已是公认的了。问题是所观察到的碳化物薄壳究竟是怎样形成的。
退火与回火的区别在于：（简单地说，退火就是不要硬度，回火还保留一定硬度。） 回火：高温回火所得组织为回火索氏体。回火一般不单独使用，在零件淬火处理后进行回火，主要目的是消除淬火应力，得到要求的组织，回火根据回火温度的不同分为低温、中温和高温回火。分别得到回火马氏体、屈氏体和索氏体。其中淬火后进行高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200－330。 退火：退火过程中发生得是珠光体转变，退火的主要目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，为后续加工和最终热处理做准备。去应力退火是为了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火工艺。锻造、铸造、焊接以及切削加工后的工件内部存在内应力，如不及时消除，将使工件在加工和使用过程中发生变形，影响工件精度。采用去应力退火消除加工过程中产生的内应力十分重要。去应力退火的加热温度低于相变温度A1，因此，在整个热处理过程中不发生组织转变。内应力主要是通过工件在保温和缓冷过程中自然消除的。为了使工件内应力消除得更彻底，在加热时应控制加热温度。一般是低温进炉，然后以100℃/h左右得加热速度加热到规定温度。焊接件得加热温度应略高于600℃。保温时间视情况而定，通常为2～4h。铸件去应力退火的保温时间取上限，冷却速度控制在（20～50）℃/h，冷至300℃以下才能出炉空冷。时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底. 什么叫回火？ -------------------------------------------------------------------------------- 回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度，保温一定时间后，以一定方式冷却的热处理工艺，回火是淬火后紧接着进行的一种操作，通常也是工件进行热处理的最后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。淬火与回火的主要目的是： 1）减少内应力和降低脆性，淬火件存在着很大的应力和脆性，如没有及时回火往往会产生变形甚至开裂。 2）调整工件的机械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，为了满足各种工件不 同的性能要求，可以通过回火来调整，硬度，强度，塑性和韧性。 3）稳定工件尺寸。通过回火可使金相组织趋于稳定，以保证在以后的使用过程中不再发生变形。 4）改善某些合金钢的切削性能。 在生产中，常根据对工件性能的要求。按加热温度的不同，把回火分为低温回火，中温回火，和高温回火。 淬火和随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质，即在具有高度强度的同时，又有好的塑性韧性。主要用于处理随较大载荷的机器结构零件，如机床主轴，汽车后桥半轴，强力齿轮等。 什么叫淬火？ -------------------------------------------------------------------------------- 淬火是把金属成材或零件加热到相变温度以上，保温后，以大于临界冷却速度的急剧冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。淬火是为了得到马氏体组织，再经回火后，使工件获得良好的使用性能，以充分发挥材料的潜力。其主要目的是： 1）提高金属成材或零件的机械性能。例如：提高工具、轴承等的硬度和耐磨性，提高弹簧的弹性极限，提高轴类零件的综合机械性能等。 2）改善某些特殊钢的材料性能或化学性能。如提高不锈钢的耐蚀性，增加磁钢的永磁性等。
常用钢号热处理淬火回火温度对照表(生产经验) 常用钢号热处理淬火回火温度对照表，热处理工作十五年的经验总结，此为实际生产所用，可能与教科书太一样，生产经验，仅做参考。以下HB代表布氏硬度值，HRC代码洛氏硬度C标尺。 1.45# 淬火温度830℃ 水冷硬度要求 HB229-269 回火温度 570 硬度要求 HB197-235， 回火温度 620 2.40Cr 淬火温度850℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 520 硬度要求 HB229-269， 回火温度 580 硬度要求 HB197-235，回火温度 640 3.35SiMn 淬火温度870℃ 油(水)冷硬度要求 HB330-360，回火温度 360 硬度要求 HB260-300，回火温度 500 硬度要求 HB229-269，回火温度 560 硬度要求 HB197-235，回火温度 620 4.35CrMo 淬火温度870℃ 油(水)冷硬度要求 HB330-360，回火温度 360 硬度要求 H B260-300，回火温度 500 硬度要求 HB229-269，回火温度 560 硬度要求 HB197-235，回火温度 620 5.30Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃ 油冷硬度要求 HB290-341，回火温度 560 硬度要求 HB2 60-300，回火温度 600 硬度要求 HB229-269，回火温度 640 6.34Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃油硬度要求 HB290-341，回火温度 560硬度要求 HB260-300， 回火温度 600硬度要求 HB229-269，回火温度 640 7.34Cr2Ni3Mo 淬火温度870℃ 油冷硬度要求 HB330-360，回火温度 380 硬度要求 H B290-341，回火温度 560 硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB229-269，回火温度 640 8.34CrMo1A 淬火温度870℃油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 590 硬度要求 HB22 9-269，回火温度 630 9.35CrMoSi 淬火温度930℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB2 29-269，回火温度 640 10.38CrMoA1 淬火温度930℃ 油冷硬度要求 HB260-300，回火温度 600 硬度要求 HB 229-269，回火温度 690 11.40CrMnMo860℃油硬度要求 HB330-360，回火温度 480硬度要求 HB290-341，回火温度 520硬度 要求 HB260-300，回火温度 580硬度要求 HB229-269，回火温度 640
正火，回火，退火，淬火的区别 1.退火 把钢加热到一定温度并在此温度下保温，然后缓慢冷却到室温． 退火有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。 a将钢加热到预定温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却称为完全退火．目的是降低钢的硬度，消除钢中不均匀组织和内应力． b，把钢加热到７５０度，保温一段时间，缓慢冷却至５００度下，最后在空气中冷却叫球化退火．目的是降低钢的硬度，改善切削性能，主要用于高碳钢． c，去应力退火又叫低温退火，把钢加热到５００～６００度，保温一段时间，随炉缓冷到３００度以下，再室温冷却．退火过程中组织不发生变化，主要消除金属的内应力． 2.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，获得接近平衡状态的组织。 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。 3.淬火 将钢件加热到临界点以上某一温度（45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760～780℃）,保持一定的时间，然后以适当速度在水（油）中冷却以获得马氏体或贝
氏体组织的热处理工艺称为淬火。 淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快，目的是为了获得马氏体组织。马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。 4.回火 钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。 淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火钢的力学性能，达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 A 低温回火１５０～２５０．降低内应力，脆性，保持淬火后的高硬度和耐磨性． B 中温回火３５０～５００；提高弹性，强度． C 高温回火５００～６５０；淬火钢件在高于500℃的回火称为高温回火。淬火钢件经高温淬火后，具有良好综合力学性能（既有一定的强度、硬度，又有一定的塑性、韧性）。所以一般中碳钢和中碳合金钢常采用淬火后的高温回火处理。轴类零件应用最多。 淬火+高温回火称为调质处理。 热处理渗碳,回火,退火,正火，淬火顺序怎么排 如果是对于一个零件的热处理工艺路线的话，顺序应该是这样的
钢的淬火回火工艺参数的确定
钢的淬火回火工艺参数的确定 作者：长江挖掘机厂 1 前言 淬火是强化材料最有效的热处理工艺方法，其工艺参数的选择直接影响着材料的性能。这就要求热处理工作者不断创新，改进工艺，有效地发挥出材料的潜力，节约能源，降低生产成本。本文简述了钢的淬回火工艺参数的确定及量化依据。 2 淬火加热温度 按常规工艺，亚共析钢的淬火加热温度为Ac3＋（30～50℃）；共析和过共析钢为Ac1＋（30～50℃）；合金钢的淬火加热温度常选用Ac1（或Ac3）＋（50～100℃）；高合金钢含有大量高熔点碳化物，要增大奥氏体化程度，淬火加热温度更高，有些已达到接近熔点的程度。 为了达到钢所要求的不同性能，淬火加热温度
正在向高或低两个方面发展。亚温淬火就是将淬火温度降至Ac3点以下5～10℃的α＋γ两相区，在保留大约10%～15％未溶铁素体状态进行淬火，在保证强度及较高硬度的同时，塑性、韧性得到改善，淬火变形或开裂明显减少，回火脆性也有所减弱。现已作为一种新的成熟工艺已获得国内外热处理工作者的共识。 此外，还有人发现［1］，以40Cr钢为代表的亚共析钢在Ac3点处有硬化峰出现，此温度淬火不仅可获得最高的硬度，且各项力学性能也为最佳值，掌握得当能充分发挥钢的潜力。 与其相反，提高某些钢的淬火温度也可获得预想不到的结果。如热模具钢5CrMnMo、 5CrNiMo钢的淬火温度由传统的860℃提高至920℃（高出30～80℃）［2］，加速了碳化物的溶解，增加了马氏体中的合金含量，组织均匀。可以获得大量的高位错马氏体，断裂韧度大大提高，红硬性更为优异，其使用寿命成倍提高。又如，H13钢淬火温度由1050℃提高至1100℃时，奥氏体晶粒并不明显长大，由于碳
常见材料热处理 1、45（S45C）常见热处理 基本资料：45号钢为优质碳素结构钢（也叫油钢），硬度不高易切削加工。 ⑴调质处理（淬火+高温回火） 淬火：淬火温度840±10℃，水冷（55~58HRC，极限62HRC）; 回火：回火温度600±10℃，出炉空冷（20~30HRC）。 硬度：20~30HRC 用途：模具中常用来做45号钢管模板，梢子，导柱等，但须热处理 （调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。 但表面硬度较低，不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度） *实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 2、40Cr（SCr440）常见热处理 基本资料：40Cr为优质碳素合金钢。40Cr钢属于低淬透性调质钢，具有很高的强度，良好的塑性和韧性，即具有良好的综合机械性能（Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性） ⑴调质处理 淬火：淬火温度850℃±10℃，油冷。（硬度45~52HRC） 回火：回火温度520℃±10℃，水、油冷。 硬度：32~36HRC 用途：用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床的主轴等零件 ⑵不同回火温度 淬火：加热至830~860℃，油淬。（硬度55HRC以上） 回火：150℃——55 HRC 200℃——53 HRC 300℃——51 HRC 400℃——43 HRC 500℃——34 HRC 550℃——32 HRC 600℃——28 HRC 650℃——24 HRC 3、T10（SK4）常见热处理 基本资料：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。 ⑴淬火+低温回火 淬火：淬火温度780±10℃，保温50min左右（视工件薄厚而定）或淬透。先淬如20~40℃的水或5%盐水，冷至250~300℃，转入20~40℃油中冷却至温热。（得到硬度62~65HRC） 回火：加热温度160~180℃，保温~2h。（回火后硬度60~62HRC） 用途：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。 ⑵调质处理（淬火+高温回火）----（一般不调至处理） 淬火温度780~800℃，油冷至温热。 回火温度（640~680℃），炉冷或空冷。（回火后硬度183~207HBS） 4、9CrWMn (SKS3) 常见热处理 基本资料：9CrWMn钢是油淬硬化的低合金泠作模具钢（俗称油钢）。该钢具有?定的淬透性和耐磨性,淬?变形较?,碳化物分布均匀且颗粒细?。该钢的塑性、韧性较好,耐磨性?CrWMn钢低。 优点：硬度、强度较高；耐磨性较高；淬透性较高；机械性能好（尺寸稳定，变形小）。 缺点：韧性、塑性较差；有较明显的回火脆性现象；对过热较敏感；耐腐蚀性能较差。 ⑴淬火+低温回火 退火（预先热处理）:加热至750~800℃，，≤30℃/h控温冷却至550℃出炉空冷（约停留1~3h）。 （作用：改善或消除应力，防止工件变形、开裂。为最终热处理做准备） 淬火:先预热至550℃~650℃，再加热至800~850℃，保温，油冷至室温（硬度64~66HRC），组织为高碳片状马氏体。 回火:加热至150℃~200℃，保温2h，炉冷（硬度61~65HRC）。 硬度:HRC60℃以上
郑州航空工业管理学院金属材料及热处理 课程设计 学生专业：材料成型及控制工程学生姓名： 学生学号： 所在学院：机电工程学院 指导老师： 报告日期： 2015年5月14日
目录 一、实验综述---------------------------- （3） 二、实验目的---------------------------- （8） 三、实验设备---------------------------- （8） 四、实验过程---------------------------- （8） 五、实验结果---------------------------- （9） 六、实验结果分析------------------------- （12） 七、结论------------------------------- （12） 八、参考文献--------------------------- （13）
一、实验综述 45号钢综述 45 号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。45号钢主要成分为Fe（铁元素），且含有以下 热处理是一种很重要的金属热加工的工艺方法，热处理是根据钢在固态下组织转变的规律，通过不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，达到改善刚才性能的一种热加工工艺。热处理一般是由加热、保温、和冷却三个阶段组成的，其基本工艺方法可分为退火、淬火及回火等，本次试验要求是淬火与回火。（一）钢的淬火 钢的淬火：淬火是指将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火的目的就是为了获得马氏体，并与适当的回火工艺相配合，以提高刚的力学性能。为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。 （1）淬火温度选择 正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火加热温度的选择应以得到细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的临界点确定，钢的淬火温度可根据（如图1所示）进行选择。对45#钢的亚共析钢，其加热温度为 Ac3+30~50oC，此实验采用的加热温度为790o。若加热温度不足（低于780oC的Ac3温度），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低；但过高的加热温度（如超过Acm）不仅无助于强度、硬度的增加，反而会由于产生过多的残余奥氏体而导致硬度和耐磨性的下降。
钢的淬火知识 淬火的定义与目的 将钢加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 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、化学性能。 钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段： 蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。 钢的淬透性 淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。 1.淬硬性与淬透性的概念 淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。 淬透性是指在規定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。淬透性实际上反映了
钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。 还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性髙。也不能说小件比大件的淬透性高。可见评价钢的淬透性，必须排除工件形状、尺寸大小、冷却介质等外部因素的影响。 另外，由于淬透性和淬硬性也是两个概念，因此淬火后硬度髙的钢，不一定淬透性就髙；而硬度低的钢也可能具有很髙的淬透性。 2.影响淬透性的因素 钢的淬透性取决于奥氏体的稳定性。凡是能提高过冷奥氏体的稳定性，使C 曲线右移, 从而降低临界冷却速度的因素，都能提髙钢的淬透性。奥氏体的稳定性主要取决于它的化学成分、晶粒大小和成分均匀性，这些与钢的化学成分和加热条件有关。 3.淬透性的测定方法 钢的淬透性的测定方法很多，常用的有临界直径测定法和端淬试验法。 (1)临界直径测定法 钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50％马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以Dc表示。临界直径测定法就是制作一系列直径不同的
渗碳淬火 目录 渗碳（carburizing/carburization） 渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25％)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。 渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。 编辑本段 原理 渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。 ①分解 渗碳介质的分解产生活性碳原子。
②吸附 活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。 ③扩散 表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含 量有关。 渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25％)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含 有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。 编辑本段 分类 按含碳介质的不同﹐渗碳可分为固体渗碳﹑液体渗碳﹑气体渗碳和碳氮共渗。 编辑本段 渗碳工艺 1、直接淬火低温回火 组织及性能特点：不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大，合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多，表面硬度较低 适用范围：操作简单，成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。 2 、预冷直接淬火、低温回火，淬火温度800-850℃ 组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥氏体量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奥氏体晶粒没有变化。 适用范围：操作简单，工件氧化、脱碳及淬火变形均小，广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。 3、一次加热淬火，低温回火，淬火温度820-850℃或780-810℃ 组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采用820-850℃淬火，心部为低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以细化晶粒。 适用范围：适用于固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢，某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加工的零件。 4、渗碳高温回火，一次加热淬火，低温回火，淬火温度840-860℃
常用钢的淬火温度和淬火后的硬度 钢号加热温度/℃冷却剂淬火后硬度（≥）/HRC 15，20（渗碳后） 780～800 水或盐水 50 水或盐水 50 水淬或水淬油冷 60 20CrMnMo(渗碳后） 840～860 油 55 20Cr(渗碳后） 790～820 油淬或水淬油冷 55 20CrMnTi(渗碳后） 850～870 油 55 38CrMoAlA（渗氮后） 930～950 油 55 40Cr 840～860 油淬或水淬油冷 50 40MnVB 830～850 油 45 40CrMnMo 850～870 油 52 35CrMoSiA 80～900 油 45 35CrMo 830～860 油 45 42CrMo 840～860 油 45 45Mn2 820～860 油 45 50CrVA 850～870 油 52 CrWMn 830～850 硝盐 60 820～840 油 60 60Si2Mn 840～870 油 60 GCr15 830～850 油 60 GCr15SiMn 820～840 油 60 5CrNiMo 830～850 油 52 65Mn 790～820 油 55 3Cr2W8V 1050～1100 油 50 W18Cr4V 1260～1300 油或熔盐 63 W6Mo5Cr4V2 1210～1240 油或熔盐 63 1Cr13 980～1050 油 35 2Cr13 980～1050 油 45 3Cr13 980～1050 油 47 4Cr13 980～1050 油 52 HT200 830～870 油或水淬油冷 45 ZG310-570 830～850 水淬或水淬油冷 50 ZG340-640 790～810 水淬或水淬油冷 50 5CrMnMo 850～870 油 52 9Mn2V 790～810 油 60 9SiCr 850～870 油、硝盐 60 Cr12 980～1020 油 60 Cr12MoV 980～1020 油 60 注：1）一般工件取中间温度，大型工件或箱式炉加热的调质件可取上限温度，复杂易变形 工件可取下限温度，甚至可采用亚温Ac3±10℃淬火。 2）淬火工件取下限温度，淬油、碱或硝盐分级淬火工件，可取上限温度。
简述淬火钢回火时力学性能与回火温度之间的关系 ⑴ 硬度与回火温度之间的关系 中、低碳钢在250℃一下回火时，机械性能无明显变化。这是因为只有碳的偏聚，而无其他组织变化。高碳钢则不同，由于ε相共格析出，引起弥散强化，硬度略有升高。 250-400℃回火时，一方面由于马氏体分解、正方度减小以及碳化物转变和聚集长大，硬度趋于降低；另一方面，由于残余奥氏体转变为下贝氏体，硬度则有所升高。二者综合影响，使得中、低碳钢硬度下降，而高碳钢硬度升高。 回火温度在400℃以上升高时，产生α相的回复与再结晶及碳化物聚集并球化，均使硬度下降。 ⑵强度和塑性与回火温度的关系 高、中、低碳钢回火时，弹性极限随回火温度上升而增加，大约在350℃左右出现峰值。这与回火过程中碳的偏聚、ε碳化物的析出、α相中碳过饱和度下降以及渗碳体析出α相回复等组织结构变化相联系。 钢的塑性一般随回火温度的升高而加大。 ⑶冲击韧性与回火温度之间的关系 随着回火温度的升高，碳钢冲击值（αk）变化的总趋势是增加的。但是，高碳钢经扭转冲击试验，可测出250℃左右回火后冲击值下降的脆化现象。 ⑷断裂韧性与回火温度之间的关系 在400℃以下，随回火温度增高，断裂韧性和冲击韧性均降低。400℃以上回火时，断裂韧性增大。 解释碳钢回火脆性的定义、原因及消除或改善方法 在250-400℃和450-650℃区域存在着冲击韧显著下降的现象，这种脆化现象称为回火脆性。 ⑴其中在250-400℃范围内回火时出现的脆性称为第一类回火脆性，存在于一切钢种之中。此后若重新加热至第一类回火脆化温区，也不再出现脆性。故又称不可逆回火脆性。因其出现与低温回火温度范围，故又称低温回火脆性。发生第一类回火脆性的钢件，断口呈晶间断裂；无第一次回火脆性的钢件，呈穿晶断裂。 消除或改善的方法： ①以极快的速度加热和冷却以及高温形变热处理。
一、不锈钢 440-C: 美国制之优质不锈钢材, 含铬量高达16-18%。最初被应用於外科手术刀具及船舶业, 耐蚀性及耐恴能力极优质厂制刀具。含碳量约1%(440系分A, B, C, 及F级; C级及F级含碳量最高, 而A级则较少) 经熟处理後 154CM: 美国制之优质不锈钢材, 铬含量达15%, 钼含量达4%; 故定名为154CM。乃近代手制刀之一代宗师率先损性及韧性皆强, 但售价较高, 故只见被应用於手制刀具。含碳量约%, 经热处理後可达HRc60~61之硬度。 制154CM 而开发之优质不锈钢, 用料和成份与154CM相近, 而各方面之性能皆达至154CM之标准, 且犹有过之具钢材之一, 现已成为手制及优质厂制刀具应用之主流。经热处理後可达HRc60~61硬度。 ATS-34: 日本“日立金属工业”针对美制154CM 而开发之优质不锈钢, 用料和成份与154CM相近, 而各方面之性能但价格则较廉, 被业内认定为最佳刀具钢材之一, 现已成为手制及优质厂制刀具应用之主流。经热处理後可达 AUS8(8A): 日本“爱知制钢” 所开发之优质不锈钢材, 耐蚀性, 刀锋耐损性及韧性皆达优异水平, 多被应用於日本碳量约1%), 8A (含量%) 及6A (含碳量约%) 三种。8A 经热处理後HRc58~59之硬度。 D2: 金属机械加工用之耐磨工具钢材D2, 属风硬钢 (Air-Hardening steel) ; 被广泛应用砍伐刀或猎刀次制热处理後可达HRc60之硬度, 但相对地廷展性(韧性)较弱, 耐锈能力亦不甚佳, 钢材表面亦难作镜面磨光处理 Hi-Speed Tool Steel (高速工具钢): 高度加工制成成之工具钢材, 含碳量高, 而含铬量则低(约4%), 故打磨钢材表面之光泽较暗, 经热处理後佳。 Cowry X(RT-6): 日本大同特殊纲(株)於1993年开发之超级粉末系合金钢材, 为近代日本冶金技术的新突破, 现已被日本量高达3%, 经热处理後可得HRc67之高硬度。 Cowry Y(CP-4): 日本大同特殊钢（株) 於1993年开发之优质粉末系合金钢材, 含碳量达%, 更罕有地混入金属元素 "钶"
淬火加热温度的选择：对于亚共析钢采用Ac3+30~50°，对于共析钢和过共析钢采用Ac1+20~40°。 对于亚共析钢如果淬火温度过高，奥氏体晶粒就会粗大，淬火后严重影响和降低塑性和韧性，如果淬火温度过低，奥氏体化就会不完全，淬火后会有铁素体，导致淬火硬度不够，强度降低。 对于共析钢和过共析钢，淬火温度高了，同样奥氏体晶粒就会粗大，同时碳化物溶入奥氏体过多，淬火后容易变形开裂，同时严重降低硬度和强度，如果温度低了，碳化物溶入奥氏体过少，大部分碳化物保留下来，淬火后也容易变形开裂，奥氏体化后奥氏体含碳量过低，导致淬不上火，导致淬火后马氏体硬度不够，强度降低。 (1)低温回火 工件在150~250℃进行的回火。 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。 力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。 应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 (2)中温回火 工件在350～500 ℃之间进行的回火。 目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火屈氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。 力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。 应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。 (3)高温回火 工件在500℃以上进行的回火。 目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。 力学性能：200～350HBS，较好的综合力学性能。 应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。 冷却速度不一样钢发生固态转变的温度也不一样，得到的组织也有很大差异，一般来说冷却速度越快，钢转变的温度越低，转变后得到的组织的硬度也越高。主要是因为转变温度越低，原子的活动能力也越低，得到的组织就越细，比如珠光体型组织的层片间距就随形成温度的降低而变小；如果冷却速度足够大就可以发生马氏体转变而得到马氏体，它的硬度会更高。
1.退火 把钢加热到一定温度并在此温度下保温，然后缓慢冷却到室温． 退火有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。 a将钢加热到预定温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却称为完全退火．目的是降低钢的硬度，消除钢中不均匀组织和内应力． b，把钢加热到７５０度，保温一段时间，缓慢冷却至５００度下，最后在空气中冷却叫球化退火．目的是降低钢的硬度，改善切削性能，主要用于高碳钢．c，去应力退火又叫低温退火，把钢加热到５００～６００度，保温一段时间，随炉缓冷到３００度以下，再室温冷却．退火过程中组织不发生变化，主要消除金属的内应力． 2.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，获得接近平衡状态的组织。 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。 3.淬火 将钢件加热到临界点以上某一温度（45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760～780℃）,保持一定的时间，然后以适当速度在水（油）中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快，目的是为了获得马氏体组织。马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。 4.回火 钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。 淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火钢的力学性能，达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。
回火温度与硬度对照表 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 常用钢号热处理淬火回火温度对照表，热处理工作十五年的经验总结，此为实际生产所用，可能与教科书太一样，生产经验，仅做参考。以下HB代表布氏硬度值，HRC代码洛氏硬度C标尺。 (1)45# 淬火温度830℃水冷硬度要求HB229-269 回火温度570 硬度要求 HB197-235，回火温度620 (2)40Cr 淬火温度850℃油冷硬度要求HB260-300，回火温度520 硬度要求 HB229-269，回火温度580 硬度要求HB197-235，回火温度640 (3)35SiMn 淬火温度870℃油(水)冷硬度要求HB330-360，回火温度360 硬度 要求HB260-300，回火温度500 硬度要求HB229-269，回火温度560 硬度要求HB197-235，回火温度620 (4)35CrMo 淬火温度870℃油(水)冷硬度要求HB330-360，回火温度360 硬
度要求HB260-300，回火温度500 硬度要求HB229-269，回火温度560 硬度要求HB197-235，回火温度620 (5)30Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃油冷硬度要求HB290-341，回火温度560 硬度 要求HB260-300，回火温度600 硬度要求HB229-269，回火温度640 (6)34Cr2Ni2Mo 淬火温度870℃油硬度要求HB290-341，回火温度560硬度要求 HB260-300，回火温度600硬度要求HB229-269，回火温度640 (7)34Cr2Ni3Mo 淬火温度870℃油冷硬度要求HB330-360，回火温度380 硬 度要求HB290-341，回火温度560 硬度要求HB260-300，回火温度600 硬度要求HB229-269，回火温度640 (8)34CrMo1A 淬火温度870℃油冷硬度要求HB260-300，回火温度590 硬度要 求HB229-269，回火温度630 (9)35CrMoSi 淬火温度930℃油冷硬度要求HB260-300，回火温度600 硬度要 求HB229-269，回火温度640 (10)38CrMoA1 淬火温度930℃油冷硬度要求HB260-300，回火温度600 硬度 要求HB229-269，回火温度690