20号钢热处理综合实验报告

20钢金相制备与组织分析实验报告1.正火（1）工艺内容：正火（英文名称：normalizing），又称常化，是将工件加热至Ac3（A是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是从727℃到912℃之间）或Acm（Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线）以上30~50℃，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。

根本目的是去除材料的内应力、降低材料的硬度为接下来的加工做准备。

（2）工艺特点：正火主要用于钢铁工件。

一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。

有些临界冷却速度很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。

与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。

钢正火后的硬度比退火高。

正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。

对于含碳量低于0.25%的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。

对含碳量为0.25~0.5%的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。

对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可为最终热处理。

高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。

正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。

另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。

对于形状复杂的重要锻件，在正火后还需进行高温回火（550-650℃）高温回火的目的在于消除正火冷却时产生的应力，提高韧性和塑性。

正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。

（3）应用范围：①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。

20号钢热处理工艺对组织性能的影响1.前言1.1名称及性质20号钢，含碳量为0.2%，该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深碳淬硬钢。

该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。

抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。

密度是7.85，无冲击韧度。

1.2应用冷变形塑性高，一般供弯曲、压延用，为了获得好的深冲压延性能，板材应正火或高温回火；用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件，如轴套、螺钉、杠杆轴、变速箱变速叉、齿轮、重型机械拉杆、钩环等，还可用于表面硬度高而心部强度要求不大的渗碳于氰化零件。

1.3实验目的测定含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度等因素对20号钢的影响，本实验还研究一般材料成分、组织及性能的关系，探寻成分、组织与性能之间存在着的对应关系和规律，加深理论知识的熟悉程度和应用能力的提高。

1.4任务完成测定试样硬度，制备金相样品，观察组织，照相，分析，出报告等任务。

2.材料及实验2.1材料的化学成分及力学性能[1]2.2实验设计内容根据对含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度对碳钢材料硬度的影响资料的检索得到如下的相关数据：在本试验条件下，试样硬度随加热保温时间的变化而发生曲折的变化。

当试样还未发生奥氏体化时，硬度随着温度时间的增加而提高;当试样刚开始奥氏体化至刚完全奥氏体化为止，硬度随着奥氏体化转变量的增加而下降;当试样完全奥氏体化后，随着保温时间的延长，硬度缓慢升高。

200 119 100 0 1 2 3 4 10 191 150 硬度HV 图1 保温时间（分）碳量、加热温度、加热时间、冷却速度对试样硬度性能的影响。

淬火：是将钢或合金加热到临界温度Ac1(过共析钢)或Ac3（亚共析钢）以上30～50℃，保温一定时间，使钢的组织全部或大部分奥氏体化，然后在水或油等介质中快速冷却，以得到高硬度的淬火马氏体组织的一种工艺方法。

①提高硬度和耐磨性；②提高弹性；③提高强韧性；④提高耐蚀性和耐热性。

标题：20钢热处理状态分析一、概述20钢是一种常见的碳钢，广泛应用于结构件、传动件等领域。

热处理是改变金属内部组织结构，以达到改善金属性能、提高金属强度、节约金属料及模具寿命的一种工艺方法。

热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等基本工艺，其处理效果对于金属的最终性能有很大的影响。

二、热处理工艺对20钢的影响1. 退火：退火是一种对材料进行高温软化后再缓慢冷却的工艺方法。

退火可消除20钢在加工过程中产生的内应力，使金属处于比较稳定的状态。

同时，退火可改善金属的加工性能和机械性能，如增加金属的韧性。

2. 正火：正火是将材料加热到临界点AC3或AC1以上某一温度，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的加工工艺。

正火能改善钢材的加工性能和使用性能，提高金属的强度和硬度。

在20钢中，正火可细化晶粒，消除组织缺陷，使组织均匀化。

3. 淬火：淬火是将钢加热到临界温度以上某一温度，保温一定时间，然后迅速冷却的工艺方法。

淬火能显著提高20钢的硬度和耐磨性，但会降低其塑性和韧性。

因此，在淬火后需要进行回火处理以改善其综合性能。

4. 回火：回火是将钢加热到某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的工艺方法。

回火是提高20钢韧性的有效方法，同时也能消除淬火产生的内应力，稳定工件的尺寸。

三、实际应用在实际应用中，根据工件的用途和要求，可能需要对20钢进行不同的热处理工艺。

例如，对于需要较高硬度和耐磨性的结构件，可能需要进行淬火和低温回火；对于需要较高韧性和塑性的传动件，可能需要进行正火和时效处理。

通过合理的热处理工艺，可以最大限度地发挥20钢的性能优势，同时避免其劣势。

四、结论综上所述，热处理工艺对20钢的性能具有显著影响。

通过合理的热处理工艺，可以有效地改善20钢的加工性能和使用性能，提高其硬度和耐磨性，同时保持较高的韧性和塑性。

在实际应用中，应根据工件的用途和要求选择合适的热处理工艺。

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)。

20号钢热处理工艺对组织性能的影响1.前言1.1名称及性质20号钢，含碳量为0.2%，该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深碳淬硬钢。

该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。

抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。

密度是7.85，无冲击韧度。

1.2应用冷变形塑性高，一般供弯曲、压延用，为了获得好的深冲压延性能，板材应正火或高温回火；用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件，如轴套、螺钉、杠杆轴、变速箱变速叉、齿轮、重型机械拉杆、钩环等，还可用于表面硬度高而心部强度要求不大的渗碳于氰化零件。

1.3实验目的测定含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度等因素对20号钢的影响，本实验还研究一般材料成分、组织及性能的关系，探寻成分、组织与性能之间存在着的对应关系和规律，加深理论知识的熟悉程度和应用能力的提高。

1.4任务完成测定试样硬度，制备金相样品，观察组织，照相，分析，出报告等任务。

2.材料及实验2.1材料的化学成分及力学性能[1]2.2实验设计内容根据对含碳量，加热温度，加热时间，冷却速度对碳钢材料硬度的影响资料的检索得到如下的相关数据：在本试验条件下，试样硬度随加热保温时间的变化而发生曲折的变化。

当试样还未发生奥氏体化时，硬度随着温度时间的增加而提高;当试样刚开始奥氏体化至刚完全奥氏体化为止，硬度随着奥氏体化转变量的增加而下降;当试样完全奥氏体化后，随着保温时间的延长，硬度缓慢升高。

200 119 100 0 1 2 3 4 10 191 150 硬度HV 图1 保温时间（分）碳量、加热温度、加热时间、冷却速度对试样硬度性能的影响。

淬火：是将钢或合金加热到临界温度Ac1(过共析钢)或Ac3（亚共析钢）以上30～50℃，保温一定时间，使钢的组织全部或大部分奥氏体化，然后在水或油等介质中快速冷却，以得到高硬度的淬火马氏体组织的一种工艺方法。

①提高硬度和耐磨性；②提高弹性；③提高强韧性；④提高耐蚀性和耐热性。

20钢热处理正火过程温度场分析任务书1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解20钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉20钢的热处理工艺方法；熟悉ANSYS 软件；掌握ANSYS软件计算热处理过程温度场的方法，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。

2．主要任务（1）制定20钢热处理工艺。

（2）计算热处理加热过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。

（3）计算热处理冷却过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。

（4）分析热处理过程温度场分布对20钢组织和力学性能的影响。

（5）撰写毕业论文。

结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。

3．主要参考资料[1] 赖宏，刘天模. 45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[J].重庆大学学报，2003，26（03）:82-84.[2] 朱圆圆，祁文军，易挺，等. 钢件淬火过程温度场的数值模拟[J]. 新技术新工艺，2008，（11）：97-99.[3] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007：230-308 4．进度安排审核人：2015 年1 月16 日20钢热处理正火过程温度场分析摘要：选取20钢为研究对象，利用ANSYS软件建立有限元模型，通过热分析模块对20钢正火过程温度场分布进行了模拟计算。

结果表明随着逐渐的冷却，零件的温度迅速降低，零件的各个点温度下降的速率不同，而且随着冷却的时间越长，温度也随之越来越低。

在空冷刚开始的时候，温度下降的速度较快，中心降温过程中受零件其他部分的热影响大，下降速度慢。

关键词：20钢；温度场；ANSYS模拟Thermal analysis of Steel 20's normalizing heat-treatment Abstract：Select 20 steel as the research object, the finite element model is established by use of ANSYS software, and through the thermal analysis module of 20 steel normalizing process simulation on temperature field distribution. Results show that along with the gradually cooling, the temperature of the parts to reduce rapidly, each point temperature drop rate of different parts, and as the longer the cooling time, low temperature has been more and more. In air cooling in the beginning, the temperature drops faster, center by the rest of the parts in the process of cooling heat affected big, slow down.Keyword: steel 20；The temperature field；Ansys simulation目录1 绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究进展 (1)1.3 研究的主要内容 (2)1.4 研究方法 (3)2 20钢热处理工艺 (4)2.1 20钢概述 (4)2.2 热处理工艺的制定 (5)3 ANSYS有限元软件 (8)3.1 简介 (8)3.1.1 热分析 (9)3.2 主要模块介绍 (9)3.3 有限元单元法概念 (12)4 基于ansys正火过程温度模拟 (13)4.1 温度场数学模型建立 (13)4.2 相关数据确定 (13)4.3 材料参数 (14)4.4 前处理 (15)4.5 施加载荷 (17)4.6 求解及分析结果 (17)4.6.1 正火过程某些时刻温度场分析 (17)4.6.2 空冷过程某些特定点位置随时间变化曲线图 (20)4.7 模拟结果分析 (23)5 总结 (24)5.1 展望 (24)参考文献 (25)致谢 (27)1 绪论1.1研究的目的及意义20号钢是含碳量为0.2%的低碳钢，很少淬火，无回火脆性。

《工程材料》实验报告姓名：学号：班级：时间：机械工程学院材料成型实验室钢的热处理综合性实验一、实验目的1.熟悉钢的正火、退火、淬火、回火热处理操作；2.熟悉洛氏硬度计和维氏硬度计的测试原理和操作方法；3.熟悉金相试样的制备和显微镜的使用；4.分析钢经不同热处理后的显微组织和力学性能变化规律；5.分析合金元素在钢中的作用规律。

二、实验仪器1.洛氏硬度计（型号：Hr-150）2.维氏硬度计（型号：Hv-120）3.金相显微镜（型号：IE200M）4.抛光机（型号：P-1）5.砂轮切割机（型号：QG-1）6.镶嵌机（型号：XQ-2B）7.热处理炉（型号：SX24-13）三、实验材料1.45钢和40Cr钢2.砂纸（型号和粒度：DP22 400cw 600cw 800cw 2000cw）3.抛光粉：氧化铝4.腐蚀剂：4%硝酸四、实验内容将45钢和40Cr钢试样放入热处理加热炉（型号：SX24-13），加热到850℃保持20min后，分别进行水冷、油冷和炉冷。

将水冷的试样分别放入200℃、400℃和600℃回火炉（型号：RJC108）中保持30min，出炉水冷。

采用砂轮切割机，将经不同热处理后的试样从中间切开，在剖开的截面上利用洛氏硬度计分别测量试样心部、1/2R处和表层处硬度值。

填入表1中。

采用砂纸，将试样表面磨光，然后抛光、腐蚀（腐蚀剂：4%硝酸溶液），在显微镜下观察金相组织，采用维氏硬度计测量试样不同区域的维氏硬度值，记录在表1中。

五、实验结果45和40Cr钢热处理实验结果见表1 。

表1 45钢和40Cr钢热处理实验结果材料热处理工艺硬度值，HRC表层1/2R处中心45钢850℃×20min，炉冷 6.709.158.81850℃×20min，空冷15.5710.578.62850℃×20min，油冷32.8329.6827.75850℃×20min，水冷44.2041.0039.4 850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷44.0037.1734.08 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷37.6736.8534.06 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷24.0321.9821.0240Cr钢850℃×20min，炉冷13.9212.4710.71850℃×20min，空冷19.0719.7119.84850℃×20min，油冷51.1751.9251.85850℃×20min，水冷58.2354.4652.89 850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷52.8755.9756.07 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷48.0752.8151.74 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷42.6844.6747.05六、实验报告要求1.提交电子版实验报告，个人直接发送至我qq邮箱：2.表1数据和所照样品的金相照片同组可以共享；3.结果分析部分，同学之间可以口头讨论，但不得复制他人的实验报告内容，否则，实验成绩以0分计，切记！！！4.结果分析部分排版要美观，图要有图号和图题，且图号和图题放在图的下方。

钢的热处理实习报告推荐文章•溴化锂制冷机COP的调查分折热度：•膜结构的加工制作与施工技术概述热度：•我国聚丙烯工业的现状和前景热度：•聚氯乙烯稀土热稳定剂的稳定机理探讨热度：•我国建筑涂料行业发展战略的探讨热度：钢的热处理实习报告钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。

热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。

其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。

第一节钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；2、表面热处理：包括表面淬火、物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等；3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

热处理的三阶段：加热、保温、冷却一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（A）的形成奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A在铁素体和渗碳体的相界面上形成。

有两个有利条件① 此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。

珠光体向奥氏体转变示意图a) 形核 b) 长大 c) 剩余渗碳体溶解 d) 奥氏体均匀化（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。

分为00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1～10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

20号钢的热处理工艺(一)20号钢的热处理工艺什么是20号钢20号钢是一种低合金高强度钢，主要成分为碳、铬、锰和硅等元素，广泛应用于船舶、桥梁、建筑等领域。

热处理对20号钢的影响热处理是指通过加热和冷却的方式改变材料的结构和性能。

20号钢的热处理可以提高其强度和硬度，改善其塑性和韧性，提高其耐磨性和耐腐蚀性能。

热处理工艺步骤1. 加热将20号钢加热至860摄氏度左右，使其达到奥氏体区域。

2. 保温保持20号钢在奥氏体区域内的一定时间，让其组织结构达到均匀的奥氏体结构。

3. 冷却将20号钢迅速冷却至室温以下，使其转变成马氏体结构。

冷却速度决定了马氏体的比例，进而影响20号钢的强度和硬度。

热处理工艺的注意事项1. 加热温度加热温度不宜过高或过低，过高容易导致20号钢的颗粒度增大、晶粒长大，对韧性产生不良影响；过低则难以保证组织均匀。

建议加热温度应在860-900摄氏度之间。

2. 保温时间保温时间应根据钢材的截面大小和厚度来确定，一般建议每25mm厚在保温1小时。

保温时间过长会导致晶粒长大，过短则难以保证组织均匀。

3. 冷却速度冷却速度不宜过慢，否则无法得到充分的马氏体组织；也不宜过快，过快容易产生应力和变形。

建议冷却速度应控制在15-30度/分钟之间。

结语20号钢的热处理是提高其强度和硬度的必要工艺，不同的热处理工艺会对其性能产生不同的影响。

在实际应用中，应根据具体需求选择适合的热处理工艺。

热处理方法的选择常用的热处理方法包括正火、淬火和回火等。

正火可以提高20号钢的硬度和强度，但韧性会有所下降；淬火可以获得更高的强度和硬度，但同时也会降低韧性；回火是为了恢复20号钢的韧性和塑性，同时减轻淬火过程中引起的应力。

热处理后的20号钢性能测试热处理后的20号钢应进行性能测试，以确保其达到预期要求。

常用的测试方法包括拉伸试验、硬度试验和冲击试验等，通过这些试验可以评估材料的强度、硬度、韧性和塑性等指标是否符合要求。