热电偶高温度结构简单，使用方便。但是它只能引起指示炉温的作用，加热炉的温度还须人工控制。
温度指示调节仪除了能指示炉温外，还能根据需要自动控制炉温。原理是：由热电偶传来的热电势，使磁电式测量机构（即毫伏计）上的温度指示针偏转至一定位置。此时，温度指示针下的读数就是热电势的毫伏值。炉温越高，热电势的毫伏值越高，指示针的偏转角度就越大。
温度指示调节仪的调节控制部分主要由温度给定针，检测线圈和控制继电器等部分组成。当加热电炉工作时，根据对炉温的要求，通过转动旋钮使温度给定针处于一定位置。当炉温升高，温度指示针偏转到与温度给定针重合时，安装在温度指示针上的铝片也同时进入检测线圈的间隙中间。由于铝片隔断了检测线圈之间的磁耦合，使测温仪表内的振荡回路的电参数改变，这一信息通过放大器使控制继电器动作，切断电炉的电源，炉温就不会继续升高。当炉温下降时，温度指示针向低温刻度方向偏转，于是铝片就离开检测线圈，振荡回路的电参数又恢复到原来的数值，控制继电器失去动作，电炉又接通电源，炉温复又升高，达到自动控温的目的。
[实验概述]
碳钢的热处理一般有退火、正火、淬火、回火四种方法。不同的热处理方法使碳钢获得不同的组织和性能；同一种热处理方法，当采用不同的热处理工艺参数时，碳钢所获得的组织和性能也不同。 （一）碳钢的淬火
淬火是将钢加热到临界点AC1，或AC3以上某一温度，经过上当保温后，快速冷却，以得到马氏体组织，从而显著提高碳钢的强度和硬度。加热温度，保温时间和冷却速度是影响淬火质量的重要工艺参数。
亚共析钢淬火时，要加热到AC3以上30~50°C，经适当保温后，得到均匀细小的奥氏体。当在水中快冷时，就回得到均匀细小的条状、片状马氏体，及少量残余奥氏体。如果加热温度过高，会得到粗大的奥氏体晶粒，淬火后得到的马氏体晶粒也粗大。粗大的马氏体组织使钢的韧性下降，具有这种组织的零件或工模具在工作过程中容易发生脆断现象。若加热温度选在AC1~AC3之间，则碳钢的高温组织为奥氏体加铁素体，淬火冷却后的组织为马氏体加铁素体。由于铁素体的存在，显著减小了钢的强化效果。淬火的过热组织和欠热组织都是因淬火温度选择不当形成的。
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过共析钢的淬火温度为AC1+（30~50°C）此时得到细小的奥氏体加未溶的颗粒状二次渗碳体。淬火后的组织为马氏体加渗碳体，也有少量残余奥氏体。如果淬火温度选在ACcm以上，则钢中二次渗碳体全部溶入奥氏体。淬火冷却后，除得到粗大的片壮马氏体外，还会得到较多的残余奥氏体。作为强化相的未溶渗碳体没有了而硬度低的残余奥氏体增多了。所以过共析钢过热淬火组织的硬度、耐磨性和韧性都不如正常淬火的组织，对于共析钢，其正常淬火温度当然是AC1+（30~50°C）。
表5-2 碳钢在退火及正火状态下的机械特性
性 能 硬 度（HB） 强度 σb（MN/m） 2
热处理状态 退 火 正 火 退 火 正 火 含 碳 量 （%） ≤0.1 ~120 130~140 300~330 340~360 0.2~0.3 150~160 160~180 420~500 480~550 0.4~0.6 180~230 220~250 560~670 660~760
为了使淬火加热组织（奥氏体）充分转变，并使其具有均匀的碳浓度，碳钢加热到淬火温度后，还应有一定的保温时间。在实验室中，通常是将加热炉升温到淬火温度，然后向炉内装入试样进行加热。当试样升温至炉温（即淬火温度）相同时，即进入保温阶段。保温时间与试样的有效尺寸（直径和厚度）有关。在箱式电阻炉中加热试样的加热保温“总时间”即试样自装炉到出炉的总时间。如果装炉试样较多，可能出现试样的相互接触甚至堆集情况时，应适当延长加热保温总时间。
表5-2 碳钢的临界点
型号 40 45 T10 T12
临 界 点 （近 似 值） °C AC1 724 724 730 730 AC3 790 780 ACcm 800 822 16
表5-3 碳钢在箱式电阻炉中的加热保温时间
加热温度°C 加 热 保 温 总 时 间 （分） 圆形试样每1毫米直径 方形试样每1毫米边长 3.0 2.2 1.5 1.2 0.6 600 700 800 900 1000 2.0 1.5 1.0 0.8 0.4
冷却速度是碳钢淬火过程中极重要的工艺规范。冷却速度不同，奥氏体的转变产物也不同。由下图可以看出，水冷时的冷却速度大于临界冷却速度VK ，冷却后得到马氏体组织，硬度最高；在油中冷却时，得到马氏体加屈氏体混合组织，其淬火硬度比水冷试样的淬火硬度低一些；而冷却是在空气或炉中进行时，奥氏体则完全分解为索氏体或珠光体，硬度进一步降低。
由上述可见，钢的冷却速度可以通过选择不同的冷却介质来控制。碳钢的奥氏体稳定性差，临界冷却速度大，通常要在冷却能力强的冷却介质中冷却才能得到马氏体组织，自来水和10%氯化钠水溶液是常用的碳钢淬火冷却介质。必须注意，水和水溶液的温度一般不能超过40°C，否则会降低其冷却能力。操作过程中如果因为不断的淬火冷却而使水温超过40°C时，则必须更换冷却水。
（二）淬火碳钢的回火
碳钢制件淬火后都必须进行回火处理，以减少或消除内应力，提高韧性，获得比较稳定的组织和性能。
回火是将已淬火的碳钢加热到A1以上某一温度，适当保温一段时间，然后空冷或炉冷至室温。在回火的保温和冷却过程中，淬火马氏体和残余奥氏体都要发生分解和分解产物的聚集长大。随着回火温度的升高，淬火碳钢的组织将依次得到回火马氏体，回火屈氏体和回火索氏体，淬火碳钢的硬度将依次降低，韧性将逐渐回升，内应力也逐渐趋于消除。
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低温回火的温度一般为150~250°C，淬火组织为马氏体（常有少量残余奥氏体）的碳钢，在低温回火后获得回火马氏体，它仍保留着原来马氏体的针片或板条状形态，性能基本上与淬火马氏体相同，但脆性较低。
表5-4 各种不同温度回火后的硬度值 （HRC）
回火温度（°C） 150~200°C 200~300°C 300~400°C 400~500°C 500~600°C 45钢 60~54 54~50 50~40 40~33 33~24 T8钢 64~55 55~45 55~45 45~35 35~27 T10钢 64~62 62~56 56~47 47~38 38~27 T12钢 65~62 65~57 57~49 49~38 38~28
中温回火的温度一般为350~500°C回火后的组织为极细颗粒的渗碳体加针状铁素体，即回火屈氏体，此时，钢的硬度有明显降低，而刚的弹性的韧性较高。
高温回火的温度一般500~650°C，回火后的组织为细粒状渗碳体加铁素体，即回火索氏体，淬火加高温回火又称调质，调质后钢的硬度降低较多，而韧性大幅度提高。 回火的加热保温时间主要根据试样的有效尺寸来确定。若采用到温入炉法回火时，有效尺寸在15mm以下的碳钢试样，自装入炉中算起，一般需要30~40分钟。
碳钢的回火冷却无特殊要求，一般可在空气中冷却。有时为了尽早测定回火硬度，也可在水中冷却。
（三）碳钢的退火
退火是将碳钢加热到临界点Ac1或Ac3以上20~40°C，适当保温一段时间后，缓冷至室温。由于冷却是缓慢进行的，因此转变产物基本上符合铁碳状态图的相变规律。
为达到改善组织的目的，亚共析钢必须进行“完全退火”即Ac3以上20~40°C保温足够时间，得到均匀细小的奥氏晶粒。以最终获得接近平衡状态的组织。
共析钢和过共析钢多采用“球化退火”。温度Ac1以上20~30°C缓冷时，自奥氏体中析出的渗碳体沿未溶的颗粒状渗碳体结晶，得到铁素体基体均匀分布着颗粒状渗碳体的组织，即“球化体”。
退火时的加热保温时间，在采用到温入炉法时，可按每1毫米直径或厚度加热保温1.2~1.5分钟估算。
退火时的冷却应当是缓慢的，只要冷速能控制在每小时100~200°C以下，便可获得满意的结果。箱式炉断电后冷速大约每小时30~120°C。所以随炉冷却是最常用的退火冷却方法。当退火缓冷至550~650°C时，奥氏体已完全分解转变。所以，可以出炉空冷或水冷，而不会影响奥氏体分解产物的组织状态，但却缩短了退火总时间。同理，采用等温退火法时，将加热后的试样放在另一温度稍低于Ar1的炉中停留一段或使原加热炉迅速冷却至稍低于Ar1的某一温度进行等温停留，待奥氏体分解完毕后，将试样从炉中取出，在空气中冷却至室温。
（四）碳钢的正火
正火就是把钢加热到Ac3 ，或ACCcm以上30~50°C，适当保温一段时间，然后在静止的空气中冷却至室温。由于正火的冷却速度比退火大，所以共析钢转变组织比退火的要更细密些。亚共析钢的正火组织为索氏体加铁素体，共析钢为索体，过共析钢则为索氏体加颗粒状渗碳体。
正火与退火相比，具有较高的硬度与韧性，且生产率也高，因此，除高碳钢外，碳钢一般都可采用正火代替退火，作为改善毛坯组织的预先热处理，在某些场合，正火也可作为最
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终热处理。
过共析钢正火后的组织是索氏体及少量二次渗碳体，硬度较高，不易切削加工，但正火可作为球化退火前消除网状渗碳体及魏氏体组织的预先热处理。 碳钢正火的加热保温时间可参照退火的估算方法。
[实现前的准备工作]
1. 实现前学生应认真阅读实验指导书。
2. 根据学生分组情况的要求，准备好试样，学生分到试样后，按要求用钢字头打号。 3. 操作前应组织学生学习有关安全守则。
[实验方法步骤]
1. 检查加热炉温度是否与实验要求相符。如发现问题，应在指导教师指导下进行调整。 2. 为了使各试样的编号与其热处理工艺相一致，应按照一定的顺序向加热炉内放置试样。加热保温完毕，再按一定顺序出炉冷却。
3. 炉内试样应互相间隔，距离不小于试样直径或厚度。不允许堆放或靠近炉门。 4. 试样经充分加热保温后，即可打开炉门，用夹钳夹试样迅速与水槽中冷却，并使试样在淬火介质中不断运动。
5. 淬火时不慎将试样掉在地上，应将试样重新加热一段时间后淬火冷却。 空冷的试样最后出炉。
炉冷的试样使其随炉缓冷在650°C左右，即可出炉空冷或水冷。
6. 全部试样测定洛氏硬度。试样在测定硬度前，用砂布打磨试样的被测表面和支撑面。 7. 将热处理实验的工艺参数 和硬度测定结果，写在黑板上，供全班同学抄写。
热处理实验分四部分进行，第一部分为加热温度的影响，第二部分为冷却介质的影响，第三部分为回火温度的影响，第四部分为含碳量的影响。 （一）加热温度的影响
正确选择加热温度是保证淬火质量的重要一环，淬火后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，对亚共析钢，其加热温度应选择在Ac3+30~50°C，若加热温度不足（低于Ac3）则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低，过高的加热温度，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及耐磨性的下降，需要指出，不论在退火、正火及淬火时，均不能任意提高淬火温度，温度过高晶粒容易长大，而且增加、氧化、脱碳和变形的倾向。
本实验选用45# 钢，分别给予4中不同的加热温度，经同一介质的冷却液，我们选用水进行淬火后，用洛氏硬度计检测其硬度值，观察不同加热温度对钢硬度值的影响。 （二）冷却介质的影响
本实验选择T8钢加热到淬火温度后，在不同的介质中，进行冷却，即空气、油冷、水冷、观察由于冷却介质的不同，对刚硬度的影响。 （三）回火温度的影响
1. 将加热炉的炉温分别降至600、400、200°C其调整方法是：完全打开炉门（炉温600°C以下时）部分打开炉门（600°C以上时）也可装入金属废料。必须注意，打开炉门降温时，由于冷空气进入，仪表指示温度往往比实际炉温低些，所以一定要等到仪表指示温度比要求炉温低30~50°C，再关闭炉门。 2. 将试样放入已到温的炉中，直径不超过15mm的试样总加热保温时间为30~45分钟，试样的冷却，水中空气中均可。 （四）含碳量的影响
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