工程材料》课程 实验指导书201.doc

金陵科技学院 工程材料及成形技术基础 实验指导书 罗卫平 编著 2009年8月 实验一 碳钢的热处理及试样硬度测试 适用专业 机械本科 学时数 4学时 实验目的 了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。 分析碳钢在热处理时，加热温度、冷却速度及回火温度对其组织与硬度的影响。 分析碳钢的含碳量对淬火后硬度的影响。 了解洛氏硬度计的构造及应用范围。 熟悉洛氏硬度计的操作方法。 实验设备、用品及试样 实验设备 实验用箱式电阻加热炉（附测温控温装置）。 洛式硬度计。 (二)实验用品 1．淬火水槽；2。淬火油槽 3。夹钳、砂纸等。 （三）实验试样 20钢、45钢、T10钢及淬火状态45钢 实验概述 （一）热处理设备及操作方法 1．箱式电炉 热处理加热电炉有箱式、井式、盐浴或碱浴式等。实验室常采用箱式电炉，按加热温度箱式电炉分为低温、中温和高温之分，中温电阻炉的结构如图1—1所示，其最高加热温度为950℃。 图1—2 炉温自动测量及控制系统工作原理 热处理加热温度能够实现自动测量及控制，炉温的自动测量及控制系统工作原理如图1—2所示。工作时利用热电偶将炉内的温度信号转换成电势信号，电势信号通过测量机构、温度指示机构转换成仪表指针的指示值。同时，温度调节器把测得的实际炉温与给定机构给定的温度进行比较得到偏差值，调节机构根据偏差值发出相应的信号，驱动执行机构改变输出给电炉的电流，以消除偏差值，从而将炉温控制在某一给定值附近。 2．热处理工艺 钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温与冷却，以改变其组织和性能的工艺。普通热处理有退火、正火、淬火和回火等。 （1）加热温度 碳钢普通热处理的加热温度，可按表1-1选定。但生产中，应根据工件实际情况作适当调整。常用碳钢的临界点如表1-2所示。热处理加热温度不能过高，否则会使工件的晶粒粗大，氧化、脱碳严重，变形开裂倾向增加。但加热温度过低，也达不到要求的效果。 表1-1碳钢普通热处理的加热温度 方 法 加 热 温 度 (℃) 应 用 范 围 退 火 Ac3+(20~60) 亚共析钢完全退火 Ac1+(20~40) 过共析钢球化退火 正 火 Ac3+(50~100) 亚共析钢 Accm+(30~50) 过共析钢 淬 火 Ac3+(30~70) 亚共析钢 Ac1+(30~70) 过共析钢 回 火 低 温 150~250 刃具、模具、量具、高硬度零件 中 温 350~500 弹簧、中等硬度零件 高 温 500~650 齿轮、轴、连杆等综合机械性能零件 （2）加热时间 热处理加热时间（包括加热、保温时间）通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间： T =αD 式中：T——加热时间（min）； α——加热系数（min/mm）； D——工件有效厚度（mm）。 当碳钢工件D≤50 mm，在800~960℃箱式电阻炉中加热时，α=1~1.2（min/mm）。回火的保温时间要保证工件热透并使组织充分转变。实验时组织转变时间可取0.5h。 表1-2 常用碳钢的临界点 钢 号 临 界 点 (℃) Ac1 Ac3 Accm 20钢 735 855 —— 45钢 724 780 —— T8A钢 730 —— —— T12A钢 730 —— 820 （3）冷却方法 钢退火一般采用随炉冷却到600~550℃以下再出炉空冷。正火采用空气中冷却。淬火时，钢在过冷奥氏体最不稳定的范围内（650~550℃）的冷却速度应大于临界冷却速度，以保证工件不转变为珠光体组织；而在Ms点附近的冷却速度应尽可能低，以降低淬火内应力，减少工件变形与开裂。因此，淬火时除了要选用合适的淬火冷却介质外，还应改进淬火方法。对形状简单的工件，常采用单液淬火法，碳钢用水或盐水溶液作冷却介质，合金钢常用油作冷却介质。 3．实验注意事项 （1）在取放试样时，操作者应戴上手套，夹钳应擦干，炉门开、关要快。 （2）淬火冷却是时，试样要用夹钳加紧，动作要迅速，并要在冷却介质中不断搅动。夹钳不要夹在测定硬度的表面上，以免影响硬度值。 （3）测定硬度前，必须用砂纸将试样表面的氧化皮除去并磨光。每个试样应在不同部位测定三次硬度，并计算其平均值。 （4）为便于比较，一律用洛氏硬度测定。 （二）洛氏硬度实验 洛氏硬度以顶角为120℃的金刚石圆锥体作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，通过测量压痕深度来确定其硬度。被测材料的硬度可在硬度计刻度盘上读出。洛氏硬度有HRA、HRB和HRC三种标尺，其中以HRC应用最多，一般用于测量经过淬火处理后较硬材料的硬度。 在实际使用中为了使硬材料的洛氏硬度