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化学成分对产品性能的影响
1、碳（C）：提高钢件强度，尤其是其热处理性能，但随着含碳量的增加，塑性和韧性下降，硬度、变形抗力增加，并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。
2、锰（Mn）：提高钢件强度，并在一定程度上提高可淬性。
即在淬火时增加了淬硬渗入的强度，锰还能改进表面质量，但是太多的锰对延展性和可焊性不利。
3、镍（Ni）：提高钢件强度，改善低温下的韧性，提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处理效果，减小氢脆的作用。
4、铬（Cr）：能提高可淬性，改善耐磨性，提高耐腐蚀能力，并有利于高温下保持强度。
5、钼（Mo）：能帮助控制可淬性，降低钢对回火脆性的敏感性，对提高高温下的抗拉强度有很大影响。
6、硼（B）：能提高可淬性，并且有助于使低碳钢对热处理产生预期的反应。
7、矾（V）：细化奥氏体晶粒，改善韧性。
8、硅（Si）：保证钢件的强度，适当的含量可以改善钢件塑性和韧性。
9、含硫量：它在钢中与铁、锰化合形成硫化物，使钢出现热脆性。
同时促使带状组织的产生而使变形抗力增加，塑性下降，一般要求钢材的含硫量在0.06％以下。
10、含磷量：磷易溶于钢中的铁素体，显著地降低塑性，提高其强度及硬度，使变形抗力增加，当含磷量超过0.1％时影响更为显著。
磷还促使钢材产生强烈的冷作硬化。
一般应在0.06％以下。
内蒙古科技大学本科生毕业论文题目：化学成分对实验钢热处理组织、硬度的影响学生姓名：XXX学号：XXXXXXXXXX专业：金属材料工程班级：材料20XX-1班指导教师：XXX 教授化学成分对实验钢热处理组织、硬度的影响摘要为了提高机械产品的质量及使用寿命,几乎所有重要的机械零件都需要进行热处理。
合金化配合适当的热处理能够显著提高工件的性能，使钢能够满足所需的力学、工艺及其他特殊性能。
本文以化学成分不同的A3、A6两种钢为研究对象，对实验钢进行不同的热处理之后，分析化学成分和热处理工艺对实验钢组织和硬度的影响规律，为提高实验钢的使用性能提供实验依据。
本研究借助于金相显微镜和硬度测试仪，研究了实验钢在不同退火温度、淬火温度、回火温度下的组织和硬度，分析了化学成分、加热温度对实验钢退火组织及硬度、淬火组织及硬度、回火组织及硬度的影响。
研究了实验钢正火处理对组织及硬度的影响。
结果表明：随着退火温度的升高，A3钢中珠光体片间距逐渐增大，A6钢中的珠光体形态由粒状向片状转变；A6钢在正火处理空冷时发生马氏体转变；A3钢的淬火组织由马氏体和托氏体组成，A6钢淬火组织由马氏体和未溶碳化物组成；A6钢中由于合金元素的作用，回火稳定性提高；在所有相同的热处理条件下，A6钢的硬度均远大于A3钢的硬度。
关键词：热处理；化学成分；组织；硬度Effect of Chemical Composition on the Microstructure and Hardness of the Experimental Steels after Heat TreatmentAbstractIn order to improve the quality of mechanical products and service life, almost all the important mechanical parts are required for heat treatment. Alloying with appropriate heat treatment can significantly improve the performance of the workpiece, so that the steel can meet the required mechanical, processing and other special properties. In this paper, A3, A6 two steels of different chemical compositions are used as the research objects, after different heat treatments on the experimental steels, the paper analyzes the influence of chemical composition and heat treatment processing on the microstructure and hardness of the experimental steels to provide the experimental basis for improving the properties of the steel.In this study, by means of metallographic microscope and hardness tester, the experiment researches the hardness of the steel at different annealing temperature, quenching temperature and tempering temperature.In addition,it analyses the influence of chemical composition and heating temperature on the microstructure and hardness after annealing,quenching,tempering.The paper studied the influence on Microstructure and hardness of the experimental steel after normalizing treatment. The results show that, with the increase of annealing temperature, the distance of the pearlite in the A3 steel increases gradually, the pearlite morphology transformed from granular to sheet; The A6 steel produces martensite transformation after normalizing air cooling; The microstructure of A3 steel after quenching consists of martensite and troostite, The microstructure of A6 steel after quenching consists of martensite and undissolved carbide; Due to the effect of the alloy elements,the tempering stability of A6 steel is improved; in all the same heat treatment conditions,the hardness of the A6 steel is far greater than the hardness of the A3 steel. Keywords: heat treatment; Chemical composition; microstructure; hardness目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章文献综述 (1)1.1 实验钢A3钢、A6钢的概述 (1)1.2 合金元素在钢中的作用 (2)1.2.1 钢中主要的合金元素及其分类 (2)1.2.2 合金元素在钢中的存在形式及分布 (2)1.2.3 合金元素与铁的相互作用 (2)1.2.4 合金元素对钢加热时奥氏体组织转变的影响 (3)1.2.5 合金元素对钢的过冷奥氏体分解转变的影响 (4)1.2.6 合金元素对淬火钢的回火转变过程的影响 (5)1.2.7 合金元素对钢强度的影响 (5)1.3 热处理技术的发展及展望 (6)1.4 本文选题意义及研究内容 (8)第二章实验材料及方法 (10)2.1 实验材料 (10)2.2 实验设备 (10)2.3 实验步骤 (10)2.3.1 热处理前的试样制取 (10)2.3.2 试样热处理保温时间的确定 (11)2.3.3 退火实验 (11)2.3.4 正火实验 (12)2.3.5 淬火实验 (13)2.3.6 回火实验 (14)2.3.7 金相试样的制备 (15)2.3.8 金相组织观察 (16)2.3.9 硬度测定 (16)第三章实验结果与分析 (17)3.1 实验钢退火组织及硬度分析 (17)3.1.1 实验钢退火组织分析 (17)3.1.2 退火组织的硬度分析 (20)3.2 实验钢正火组织及硬度分析 (21)3.2.1 化学成分对实验钢正火组织的影响 (21)3.2.2 化学成分对实验钢正火硬度的影响 (21)3.2.3 正火与退火工艺对A3钢组织及硬度的影响 (22)3.3 实验钢淬火组织及硬度分析 (22)3.3.1 实验钢淬火组织分析 (22)3.3.2 实验钢淬火组织的硬度分析 (26)3.4 实验钢回火组织及硬度分析 (27)3.4.1 实验钢回火组织分析 (27)3.4.2 实验钢回火的硬度分析 (30)结论 (32)参考文献 (33)致谢 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。
钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900--950C),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。
随后经淬火和低温回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。
渗碳钢的化学成分特点(1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到0.25--0.30％,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。
但含碳量不能太低,否则就不能保证一定的强度。
(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。
在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。
常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。
(1)碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。
但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。
(2)低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。
固体渗碳;液体渗碳;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。
渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。
渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。
渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。
淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。
钢的渗碳和渗氮钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900--950C),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。
随后经淬火和低温回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。
渗碳钢的化学成分特点(1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到0.25--0.30％,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。
但含碳量不能太低,否则就不能保证一定的强度。
(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。
在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。
常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。
(1)碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。
但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。
(2)低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。
固体渗碳 ;液体渗碳 ;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。
渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。
渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。
渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。
淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。
钢的渗碳和渗氮钢的渗碳---就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900--950C),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。
随后经淬火和低温回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。
渗碳钢的化学成分特点(1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到0.25--0.30％,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。
但含碳量不能太低,否则就不能保证一定的强度。
(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。
在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。
常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。
(1)碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。
但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。
(2)低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。
固体渗碳 ;液体渗碳 ;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。
渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。
渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。
渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。
淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。
常见元素对钢性能的影响常见元素对钢性能的影响1.碳C由于其对钢的性能的影响常被称为“控制者”。
虽然碳本身不具有强度和硬度，但是在固溶体中作为铁的碳化物Fe3C，碳是强度和硬度的首要控制元素。
碳的主要作用：在钢中随着含碳量的增加，可提高钢的强度、硬度和淬透性；但降低塑性、韧性、磁性和导电性能。
碳和钢中某些合金元素化合形成各种碳化物，对钢的性能产生不同的影响。
碳在一些钢中的含量范围：碳素钢0.03~1.04%，高速工具钢0.75~1.60%，热作工具钢0.22~0.70%，冷作工具钢0.45~2.85%.2.锰Mn广泛用于熔态钢的脱氧和脱硫。
它在钢中残留的量小于1%。
当锰在钢中的含量超过1%时，锰就是有意加入的合金元素。
锰的主要作用：提高钢的抗拉强度；适度提高钢的淬透性，并且既提高韧性又提高加工性能；在含硫的钢中，锰使硫造成的热脆性和冷脆性减到最小；含锰量高的钢，经冷加工或冲击后具有高的耐磨性，但有促使钢的晶粒长大和增加第二类回火脆性的倾向。
锰元素在结构钢、钢筋钢、弹簧钢中应用较大。
锰在一些钢中的含量范围：碳素钢0.25~0.65%，锰钢1.6~1.9%，冷作工具钢0.30~2.50%，奥氏体铬-镍不锈钢2.00~15.5%.3.硅Si硅是铁素体形成元素。
它既提高A1温度又提高A3温度。
由于硅有石墨化的作用，所以一般它在钢中与锰结合作为碳化物的稳定剂。
为常用的脱氧剂。
硅的主要作用：在电工薄板钢中，硅提高磁导率和电阻率并允许获得非常低的磁滞损失，硅在这些钢中的含量范围是0.5~4.5%；硅使一些耐高温钢抗氧化；硅与锰结合可提高淬透性、强度和冲击韧性；特别是经淬火、回火后能提高钢的屈服极限和弹性极限；含硅量高的钢，其磁性和电阻均明显提高，但硅有促进石墨化倾向，当钢中含碳量高的时候，影响更大；对钢还有脱碳和存在第二类回火脆性倾向。
硅元素在钢筋、弹簧钢钢和电工钢中应用较多。
含量较高时，对钢的焊接性不利，焊接时喷溅较严重，有损焊缝质量，并导致冷脆；对高、中碳钢易产生石墨化。
氮化处理又称为扩散渗氮。
气体渗氮在1923年左右，由德国人Fry首度研究发展并加以工业化。
由於经本法处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温，其应用范围逐渐扩大。
例如钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍜压机用鍜造模、螺桿、连桿、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。
一、氮化用钢简介传统的合金钢料中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮助。
这些元素在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安定的氮化物。
尤其是钼元素，不仅作为生成氮化物元素，亦作为降低在渗氮温度时所发生的脆性。
其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。
一般而言，如果钢料中含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比较良好。
其中铝是最强的氮化物元素，含有～％铝的渗氮结果最佳。
在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。
但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。
一般常用的渗氮钢有六种如下：（1）含铝元素的低合金钢（标准渗氮钢）（2）含铬元素的中碳低合金钢SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。
（3）热作模具钢（含约5％之铬）SAE H11 （SKD – 61）H12，H13（4）肥粒铁及麻田散铁系不锈钢 SAE 400系（5）奥斯田铁系不锈钢SAE 300系（6）析出硬化型不锈钢17 - 4PH，17 – 7PH，A – 286等含铝的标准渗氮钢，在氮化后虽可得到很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬化层亦很脆。
相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比较有韧性，其表面亦有相当的耐磨性及耐束心性。
因此选用材料时，宜注意材料之特徵，充分利用其优点，俾符合零件之功能。
至於工具钢如H11（SKD61）D2（SKD –11），即有高表面硬度及高心部强度。
二、氮化处理技术：调质后的零件，在渗氮处理前须澈底清洗乾净，兹将包括清洗的渗氮工作程序分述如下：（1）渗氮前的零件表面清洗大部分零件，可以使用气体去油法去油后立刻渗氮。
调质渗碳碳氮共渗
调质渗碳碳氮共渗是一种常见的表面处理技术，它在提高材料的硬度和耐磨性上有着重要的作用。
本文将介绍调质渗碳碳氮共渗的原理、应用以及优缺点。
调质是一种通过加热和快速冷却来改变材料的组织结构和性能的方法。
而渗碳碳氮共渗是在材料表面加入一层含有碳和氮的元素，通过固溶和沉淀来提高材料的硬度和耐磨性。
调质渗碳碳氮共渗的原理是：将待处理的材料放入含有碳和氮的气体环境中，在高温下进行处理。
碳和氮会渗透到材料表面，并与材料中的元素发生化学反应。
这种反应会改变材料的组织结构，形成一层硬度更高的表面层。
调质渗碳碳氮共渗在许多领域有广泛的应用。
首先，在汽车工业中，它可以用来提高发动机和传动系统的耐磨性，延长使用寿命。
其次，在机械制造业中，它可以用来加工刀具、轴承等零部件，提
高其硬度和耐磨性。
此外，在航空航天领域，调质渗碳碳氮共渗可以用来制造高强度的飞机零部件，提高其耐久性。
调质渗碳碳氮共渗的优点在于它不仅可以提高材料的硬度和耐磨性，而且处理过程简单、成本较低。
此外，由于只是处理材料表面，所以不会影响材料的整体性能，保持了材料的韧性和强度。
然而，调质渗碳碳氮共渗也存在一些缺点。
首先，处理后的材料表面会形成一层较脆的硬化层，对冲击和拉伸等力学性能的影响不大。
其次，处理过程中需要高温环境，这对于某些材料来说可能会导致变形和晶粒长大。
综上所述，调质渗碳碳氮共渗是一项重要的表面处理技术，可以提高材料的硬度和耐磨性。
它在汽车、机械制造和航空航天等领域有着广泛的应用。
然而，我们也需要注意其缺点，合理选择适合的材料和处理条件。
渗氮及碳氮共渗常见问题与解决的方法氮化工件表面硬度或深度不够（1）可能是所选材料不适合作氮化处理。
（2）可能是氮化处理前的组织状态较差。
（3）可能是氮化温度选择不当。
（4）炉中之温度或流气不均匀。
（5）氨量不恰当。
（6）渗氮的时间不够。
（7）氮化前工件表面有脏物。
氮化工件弯曲变形（1）氮化前的弛力退火处理没有做好。
（2）工件几何曲线设计不良，例如不对称、厚薄变化太大等因素。
（3）氮化中被处理的工件放置方法不对。
（4）被处理工件表面性质不均匀，例如清洗不均或表面温度不均等因素。
氮化工件发生龟裂现象（1）氨的分解率不正常。
（2）渗氮处理前工件表面存在脱碳层。
（3）工件设计有明显的锐角存在。
（4）白亮层太厚时。
氮化工件的白层过厚（1）渗氮处理的温度不当。
（2）氨的分解率低，可能发生此现象。
氮化处理时氨分解率不稳定（1）分解率测定器管路漏气。
（2）渗氮处理时装入炉内的工件太少。
（3）炉中压力变化导致氨气流量改变。
（4）触媒作用不当机械加工件前处理如何防止渗碳？（1）镀铜法，镀上厚度0.20mm左右。
（2）涂敷涂剂后乾燥。
（3）涂敷防渗碳涂敷剂后乾燥，如硼砂和有机溶剂為主。
（4）氧化铁和黏土混合物涂敷法。
（5）利用套筒或套螺丝。
渗碳（碳氮共渗）后工件硬度不足（1）冷却速度不足，可利用喷水冷却或盐水冷却。
（2）渗碳不足，可使用强力渗碳剂。
（3）淬火温度不足。
（4）淬火时加热发生脱碳，可使用盐浴炉直接淬火渗层剥离现象（1）含碳量的浓度坡度太大，应进行一次退火。
（2）不存在过度层，应缓和渗速。
（3）过渗现象，可考虑研磨前次之渗层（4）反覆渗碳（碳氮共渗）亦可能產生渗层剥离的现象。
