实验二 碳钢的热处理 一、实验目的 1、了解碳钢的基本热处理（正火、淬火及回火）工艺方法； 2、掌握冷却条件与钢性能的关系； 3、分析正火、淬火及回火温度对钢性能的影响。 二、实验原理 1、钢的退火和正火 钢的退火通常是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3以上，保温一段时间，然后缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在低于Ar1温度以下的高温区发生分解而得到比较接近平衡状态的组织。 一般中碳钢（如40、45钢）经退火后组织稳定，硬度较低（HB180～22）有利于下一步进行切削加工。 正火是将钢加热到Ac3或Acm以上30～50℃保温后进行空冷。由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体相对量较多，且片层较细密；对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性；对高碳钢则正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火做准备。 2、钢的淬火 淬火是将钢加热到临界温度以上30～50℃，保温后淬人各种不同的冷却介质中快速冷却以获得淬火马氏体或下贝氏体组织。碳钢经淬火后得到淬火马氏体、下贝氏体和少量的残余奥氏体组织。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。 3、钢的回火 回火是将淬火后的钢加热到临界点(Ac1)以下的某一温度，保温一定时间后以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺。 钢经淬火后得到的淬火马氏体组织是亚稳相，有转变为其它组织的趋势，同时淬火使工件内部产生很大的内应力，导致工件变形甚至开裂。特别是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，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性能。对碳钢来说，回火工艺的选择主要是考虑回火温度和保温时间这两个因素。在实际生产中通常以图纸上所要求的硬度要求作为选择回火温度的依据，各种钢材的回火温度与硬度之间的关系曲线可从有关手册中查阅。 三、实验材料及设备 1、实验材料：20钢，45钢，T12钢； 2、实验设备：箱式电炉、控温仪表、洛氏硬度机、水银温度计； 3、淬火介质：水，油（使用温度约20℃）。 四、实验内容 本次实验为综合性实验，包括三部分内容，即正火实验、淬火实验及回火实验。 1、同一加热温度不同材料（含碳量）的正火实验； 2、同一材料（含碳量），同一冷却条件（水冷）不同加热温度的淬火实验； 3、同一材料（含碳量），同一加热温度不同冷却介质冷却的淬火实验； 4、同一加热温度，同一冷却介质冷却（水冷或油冷），不同材料（含碳量）的淬火实验； 4、同一材料（45钢）相同淬火条件不同温度的回火实验。 五、实验步骤 1、淬火和正火实验步骤： 根据淬火条件不同，淬火和正火实验分五个小组进行，见表1。 (1)将试样分类，编号，以免热处理过程中混淆； (2)加热前先将全部试样测定硬度。为便于比较，一律用洛氏硬度测定； (3)将电炉升温至表1规定的温度，根据试样钢号，按照表1规定的淬火和正火加热温度加热，保温时间按表2确定； (4)各组将淬火及正火后的试样表面用砂纸(或砂轮)去掉氧化皮并磨平，测出硬度值(HRC)分别填入表1中。 表1 淬火与正火实验 组别 加热温度 (℃) 冷却方式 20钢 45钢 T12钢     处理前硬 度(HRC) 处理后硬 度(HRC) 处理前硬 度(HRC) 处理后硬 度(HRC) 处理前硬 度(HRC) 处理后硬 度(HRC)  1 1000 水冷        2 750 水冷        3 860 空冷        4 860 油冷        5 860 水冷        注1~4组每种钢号各一块；5组除20、T12钢各一块外，45钢取6块，其中5块供回火用。 表2 碳钢在箱式电阻炉中加热时间的确定 加热温度 (℃) 工 件 形 状   圆柱形 方 形 板 形   分钟/毫米直径 分钟/毫米厚度 分钟/毫米厚度  700 1.5 2.2 2  800 1.0 1.5 2  900 0.8 1.2 1.6  1000 0.4 0.6 0.8   2、回火实验步骤： (1)将已经正常淬火并测过硬度的45钢试样分五个小组(见表3)，做好记录； (2)各小组试样分别放人表3规定温度的炉内加热，保温30分钟，然后取出空冷； (3)用砂纸磨光试样表面，分别在洛氏硬度机上测定硬度值，将测定的硬度值分别填人表3中。 表3 回火实验 组别 1 2 3 4 5  回火温度(℃) 200 300 400 500 600  回火前硬度(HRC)       回火后硬度(HRC)       六、注意事项 1、本实验加热所用加热炉为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源； 2、往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长； 3、试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量； 4、试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点； 5、淬火时水温应保持20~30℃左右，水温过高要及时换水； 6、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮后再测定硬度值。 七、实验报告要求 1、明确本次实验目的； 2、简述本次实验的实验原理； 3、实验材料与实验内容； 4、实验步骤； 5、分析化学成分(C%)、加热温度与冷却速度对钢性能的影响并加以讨论； 6、绘制出45钢回火温度与硬度的关系曲线图并加以讨论； 7、分析实验中存在的问题； 8、实验结论。