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金属材料的热处理实验报告 试验项目：45钢淬火及回火前后硬度测量 班级：机械一班 组长：林文文 学号：201006040112 组员：竹凌东 陈林 陈书尚 指导老师：杨兰英 试验日期： 201006040111 201006040113 201006040114 2011年12月八日 1/5 45号钢的热处理 一、试验目的 1.了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2.了解洛氏硬度试验机的主要结构及其操作方法。 3.初步建立碳钢的含碳量与其硬度间的关系。 4.分析淬火温度的选择对刚性能的影响。 5.研究冷却条件刚性能的关系。 二、实验仪器及材料 1.HR—150A型洛氏硬度试验机。 2.试样:Φ20×10mm 45钢。 3.加热炉。 4.磨砂纸 5．冷却液：水（20oC左右）。 HR-150A型洛氏硬度计主要零部件 1.机身 2.加荷手柄 3.升降手把4.手轮5.丝杠保护套（内有丝杠）6.待测试件7主轴 8.小杠杆9.大杠杆10.调整块11.定位标记12.吊环13.螺钉14.砝码变换器15.砝码 16.油针17.油毡18.后盖19.缓冲器20.卸荷手柄21.压头22.上盖23.指示表 24变荷手柄25.工作台 三、 实验原理 热处理是一种很重要的金属热加工的工艺方法，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， 2/5 通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。其基本工艺方法可分为退火、淬火及回火等，本次试验要求淬火与回火。 （一）钢的淬火 钢的淬火：淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30~50oC，保温后放入各种不同的冷却介质中快速冷却(V冷＞V临)，以获得具有高硬度、高耐磨性的马氏体组织。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：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。 1、 淬火温度的选择 正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据Fe-Fe3c相图确定（如图3-1所示）。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830o。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。 2、 保温时间的确定 淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所 需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。加 热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所用的加 热介质、加热方法等因素有关，一般按经验公式 加以估算。（经验公式：加热温度为800oC的圆柱 形工件，保温时间为1.0分钟/每毫米）。 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，以减少内应力，防止变形和开裂。为保证淬火效果，应选用适当的冷却介质（如水、油等）。此实验的淬火冷却介质选用水。 考虑到实验中加热炉的极限温度，将加热温度定在800 oC，保温15分钟后进行水冷。 (二)钢的回火 钢经经淬火后得到的马氏体组织质硬而脆,并且工件内部存在很大的内应力,如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂；一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。因此淬火钢必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同的组织和性能。 低温回火：回火温度150~250oC；回火后的组织为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物；性 能特点是硬度高，内应力减少。 中温回火：回火温度350~500oC；回火后的组织为回火屈氏体；性能特点是硬度适中， 有高的弹性。 高温回火：回火温度500~650oC；回火后的组织为回火索氏体；性能特点是具有良好塑 性、韧性和一定强度相配合的综合性能。 对碳钢来说，回火工艺的选择主要考虑回火温度和保温时间这两个因素。 实验所用试样较小，故回火保温时间可为30分钟，回火温度选择低温回火温度，即：150~250oC。低温回火后在空气中冷却。 回火冷却方式：碳钢回火时，一般采用在空气中冷却。 四、 实验内容与步骤： 1、 对45钢进行淬火 （1） 在进行淬火前先测量实验试样的硬度九次，并将后六次测量的数据计入 3/5 表格中。 （2）、将试样放入加热炉中，打开加热炉。使其温度上升到800 oC开始计时。保温15分钟。 （3）、15分钟后，取出试样对其进行水冷。 （4）、待试样完全冷却，用磨砂纸将其表