最终版--碳钢热处理工艺及洛氏硬度测定 - 2015.12.11

实验二碳钢的热处理及硬度计使用一．实验目的1、熟悉碳钢的基本热处理的操作方法。

2、了解含碳量、加热温度、保温时间、冷却速度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响。

3、学会洛氏硬度计的使用。

二．概述一．碳钢的热处理钢的热处理是利用钢在固态范围内的加热、保温、冷却，借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工艺方法。

普通热处理的基本操作包括退火、正火、淬火、回火等。

实施热处理操作时，加热问题、保温时间、冷却方式是最基本的环节，正确选择这三者的参数是热处理质量的关键。

1．1．加热温度的选择（1）退火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（30~50）ºC（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至Ac1+（30~50）ºC（球化退火）。

（2）正火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（30~50）ºC；过共析钢加热至Accm+（30~50）ºC退火和正火加热温度的选择如图3.1所示。

（3）淬火加热温度：亚共析钢加热至Ac3+（30~50）ºC；共析钢和过共析钢加热至Ac1+（30~50）ºC，如图3.2所示。

图3.1 退火和正火加热温度范围图3.2 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、Acmm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加热文帝。

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。

（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（工厂中常常是根据硬度的要求）。

按加热温度的高低，回火分为三类：1）低温回火：在150~250ºC的回火称为低温回火。

目的是降低淬火应力，减少钢的脆性，并保持钢的硬度。

常用于高碳钢的切削刀具、量具和滚动轴承的热处理。

2）中温回火：在350~500ºC的回火称为中温回火。

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(3)淬火加热温度：对亚共析钢是AC3+ (30~50°C)；对共析钢和过共析钢是Ac i+ (30~50C),见图2-2。

钢的临界温度Ac i、AC3及AC cm，在热处理手册或合金钢手册中均可查到。

实验二钢的热处理及硬度测定一、实验目的1.了解钢的基本热处理工艺。

2.了解布氏和洛氏硬度计的主要原理、结构及操作方法。

3.了解不同的热处理工艺对钢的性能的影响。

二、实验原理热处理是充分发挥金属材料性能潜力的重要方法之一。

其工艺特点是把钢加热到一定温度,保温一段时间后,以某种速度冷却下来,通过改变钢的内部组织来改善钢的性能,其基本工艺包括退火、正火、淬火和回火等。

金属的硬度是材料表面抵抗硬物压入而引起塑性变形的能力。

硬度越大,表明金属抵抗塑性变形的能力越大,材料产生塑性变形就越困难。

硬度是金属材料一项重要的力学性能指标。

硬度的试验方法很多,其中常用的有布氏法、洛氏法和维氏法三种硬度试验方法。

1.钢的退火、正火、淬火和回火钢的退火通常是将钢加热到临界温度1Ac 或3Ac 线以上,保温后缓慢地随炉冷却的一种热处理工艺。

钢经退火处理后,其组织比较接近平衡状态,硬度较低(约180~22OHBS ,有利于进行切削加工。

钢的正火是将钢加热到3Ac 或cm Ac 线以上30~50℃,保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。

由于冷却速度稍快,与退火组织相比,所形成的珠光体片层细密,故硬度有所提高。

对低碳钢来说,正火后提高硬度可改善其切削加工性能,降低加工表面的粗糙度;对高碳钢来说,正火可以消除网状渗碳体,为球化退火和淬火作准备。

钢的淬火就是将钢加热到3Ac 或1Ac 线以上30~50℃,保温后在不同的冷却介质中快速冷却,从而获得马氏体和(或贝氏体组织的一种热处理工艺。

马氏体的硬度和强度都很高,特别适用于有较高耐磨性能要求的工模具材料。

淬火工艺包括三个重要参数,淬火加热温度、保温时间和冷却速度。

淬火加热温度过高时晶粒容易长大,而且还会产生氧化脱碳等缺陷,加热温度过低则会因组织中存在铁素体或珠光体而导致材料硬度不足。

保温时间与钢的成分、工件的形状、尺寸及加热介质等因素有关,一般可按照经验公式加以估算,保温时间过长或过短都会对钢的组织及性能造成不利的影响。

碳钢的热处理及硬度测试一、实验目的1、了解碳钢的淬火及回火工艺方法。

2、模糊选择材料，进一步提升材料的成分－组织－性能之间关系的理念。

3、研究冷却条件对碳钢性能的影响。

4、分析淬火及回火温度对碳钢性能的影响。

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1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。

图1（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（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（如图2所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（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范围内的冷却速度有所差别。

碳钢的热处理操作、非平衡组织观察及硬度测定一、实验目的1、了解碳钢的热处理操作；2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；3、观察热处理后钢的组织及其变化；4、了解硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度计的使用。

二、综合实验项目概述1．钢的热处理热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。

通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A C3+30~50℃，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是A C1+30~50℃，过共析钢的正火温度是AC cm+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。

碳钢的过冷奥氏体在Ac1~550℃范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。

依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体——索氏体（S）和极细片状珠光体——屈氏体（T）之分。

硬度随片距的减小（转变温度的降低）而升高。

碳钢的过冷奥氏体在550~350℃之间发生贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B上）。

在光学显微镜下呈黑色羽毛状特征。

过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到黑色针状的下贝氏体（B下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。

过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至Ms以下温度，将发生马氏体转变，生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体——马氏体。

常见的有板条马氏体（碳<0.2%）、针（片）状（碳>1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为0.2%~1.0%）。

随转变温度的降低钢的硬度升高。

普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。

钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。

奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到先共析钢铁素体（或渗碳体）加伪珠光体。

碳钢的热处理及硬度测试实验报告一、实验目的本实验旨在探究碳钢热处理的原理及方法，并通过硬度测试来评估不同处理方式对碳钢硬度的影响。

二、实验原理1. 碳钢热处理碳钢是一种含有较高量碳元素的合金钢，其硬度和强度与碳含量成正比。

碳钢的热处理主要包括退火、正火、淬火和回火四个步骤。

2. 硬度测试硬度是材料抵抗划痕或压入的能力，通常用Vickers硬度测试法来评估材料硬度。

三、实验步骤1. 准备样品：选择不同直径和长度的碳钢棒作为样品。

2. 退火：将样品放入电炉中，加热至800℃左右保温1小时后慢冷至室温。

3. 正火：将样品放入电炉中，加热至900℃左右保温30分钟后冷却至室温。

4. 淬火：将样品放入水中快速冷却。

5. 回火：将淬火后的样品放入电炉中，加热至400℃左右保温2小时后冷却至室温。

6. 硬度测试：使用Vickers硬度测试仪对不同处理方式的样品进行硬度测试。

四、实验结果经过退火处理后，碳钢的硬度降低，表现出较好的韧性；正火处理能够提高碳钢的硬度和强度；淬火处理能够使碳钢达到最大的硬度和强度，但同时也会使其变得脆性增加；回火处理可以减轻淬火后碳钢的脆性，但会降低其硬度和强度。

通过Vickers硬度测试仪测量，退火后样品的硬度为150HV，正火后为200HV，淬火后为350HV，回火后为250HV。

五、实验分析通过本实验可知，不同热处理方式对碳钢的性质有着显著影响。

在实际应用中需要根据具体情况选择合适的热处理方式来满足需求。

六、实验结论1. 碳钢经过不同热处理方式后其性质有显著差异。

2. 淬火能够使碳钢达到最大的硬度和强度，但同时也会使其变得脆性增加。

3. 回火处理可以减轻淬火后碳钢的脆性，但会降低其硬度和强度。

4. 在实际应用中需要根据具体情况选择合适的热处理方式来满足需求。

七、实验注意事项1. 热处理时需要注意安全，避免烫伤或其他意外事故。

2. 硬度测试时需要保证测试仪器的准确性和稳定性。

3. 实验结束后需要及时清理实验器材和场地。

碳钢的热处理工艺分析
碳钢的热处理工艺是指通过控制加热、保温和冷却过程，改变碳钢的结构和性能。

碳钢的热处理工艺分析包括以下几个方面：
1. 预热：预热是为了提高碳钢的均匀性和减少应力，通常将碳钢加热到适当的温度（通常为700-900C），然后进行保温一段时间。

预热过程中的温度和时间会根据碳钢的成分和要求进行调整。

2. 热处理温度：碳钢的热处理温度是根据碳钢的成分和应用要求来确定的。

一般来说，高碳钢的热处理温度较高，低碳钢的热处理温度较低。

3. 碳钢的退火：退火是通过加热碳钢到适当的温度，然后进行缓慢冷却，以减少内部应力和提高碳钢的韧性和可加工性。

碳钢的退火温度通常在740-840C 之间。

4. 碳钢的淬火：淬火是通过迅速冷却碳钢来获得高硬度和高强度。

淬火温度通常在800-1000C之间，具体的温度会根据碳钢的成分和要求来确定。

常用的淬火介质有水、油和气体。

5. 碳钢的回火：回火是为了降低碳钢的硬度和脆性，提高其韧性和可加工性。

回火通常在低温下进行，温度通常在150-600C之间，时间根据要求来确定。

通过对碳钢进行合适的热处理工艺，可以使碳钢获得理想的力学性能，提高其使用价值。

但是需要根据具体的碳钢成分和应用要求，选择合适的热处理工艺参数。

实验五碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定实验学时：4实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的1. 了解碳钢的热处理工艺操作；2. 研究碳钢加热温度、冷却速度、回火温度对钢性能的影响；3. 观察热处理后的显微组织变化；4. 了解硬度计的原理、初步掌握洛氏硬度计的使用。

二、实验内容1．按表1中的热处理工艺进行操作，并对热处理后的各样品进行硬度测定，将硬度值填入表1中。

注：保温时间可按1分钟/每毫秒直径计算；回火保温时间均为30分钟，然后取______________________________________________________________________________________________________________出空冷。

2. 观察下列表2热处理后的金相试样，并画出组织示意图。

三、实验原理、方法和手段（一）钢的热处理工艺：钢的热处理基本工艺有退火、正火、淬火和回火。

进行热处理时，加热是第一道工序，目的是为了得到奥氏体，因为钢的最终组织珠光体、贝氏体和马氏体都是由奥氏体转变来的。

二是保温、目的使奥氏体均匀化。

三是冷却，是改变组织和性能的重要因素。

因此，正确选择三个基本因素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：根据Fe-Fe3C相图确定。

对亚共析钢，其加热温度为；共析钢和过共析钢加热至A C1+（20～30）℃（球化退火），目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善切削性能。

（2）正火加热温度：一般亚共析钢加热至A C3+（30～50）℃；过共析钢加热至+（30～50）℃，即加热到奥氏体单相区。

精品资料______________________________________________________________________________________________________________（3）淬火加热温度：一般亚共析钢加热至A C3+（30～50）℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。