《机械制造技术基础》
实 验 指 导 书
材料实验室 编 写
适用专业: 工业工程
物流管理 工商管理
江苏科技大学材料科学与工程学院
2008年9月
前 言
本课程是管理类专业一门主要学科基础课，实验内容是:钢的热处理工艺操作、硬度测试及热处理后组织观察综合实验，通过实验教学,可使学生掌握碳钢基本热处理工艺操作方法及性能测试,学会识别普通碳钢热处理后的显微组织形貌特征，训练及培养学生分析判断材料成分、组织、性能之间相互关系的综合能力。
实验1：钢的热处理工艺操作、硬度测试及热处理后组织
观察
实验学时：4 实验类型：综合 实验要求：选修 一、实验目的
（1） 了解碳钢的热处理操作；
（2） 研究碳钢加热温度、冷却速度、回火温度对钢性能的影响； （3） 观察热处理后的组织及其变化；
（4） 了解硬度计的原理、初步掌握洛氏硬度计的使用。 二、实验内容
1、按表1中的热处理工艺进行操作，并对热处理后的各样品进行硬度测定,将硬度值填入表1中。
表1 各种热处理工艺 加热温度℃ 45钢 T12 920 780 860 780 860 780 860 780 860 冷却 方式 水冷 水冷 灰冷 空冷 油冷 水冷 20钢 学号 硬度 45钢回火工艺 学 号 回火温度℃ 回火前硬度 回火后硬度 200 300 400 500 600 45钢 学号 硬度 T12钢 学号 硬度 注：保温时间可按1分钟/每毫米直径计算；回火保温时间均为30分钟，然
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后取出空冷。
2、观察下列表2热处理后的金相试样，并画出组织示意图。
表2 热处理后的金相试样
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 钢号 20 45 45 45 45 45 T12 T12 T12 处理状态 920℃水淬 退火 正火 860℃油淬 860℃水淬 780℃水淬 1000水淬+180℃回火 780℃水淬 780℃水淬+180℃回火 760℃球化退火 860℃水淬低温回火 860℃水淬中温回火 860℃水淬高温回火 板条M F + P F + P M + B上 + T + F少 M M + F 竹叶状M + Ar 隐晶M+颗粒状Fe3C+Ar 回火M + 颗粒状Fe3C 球状P 回火M 回火T 回火S 显微组织 腐蚀剂 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 10 T12 11 45 12 45 13 45
三、实验原理、方法和手段 （一） 钢的热处理工艺：
钢的热处理基本工艺有退火、正火、淬火和回火。进行热处理时，加热是第一道工序，目的是为了得到奥氏体，因为钢的最终组织珠光体、贝氏体 和马氏体都是由奥氏体转变来的。二是保温、目的使奥氏体均匀化。三是冷却，是改变组织和性能的重要因素。因此，正确选择三个基本因素是热处理成功的基本保证。
1．加热温度的选择
（1）退火加热温度：根据Fe-Fe3C相图确定。对亚共析钢，其加热温度为；共析钢和过共析钢加热至AC1+（20～30）℃（球化退火），目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改善切削性能。
（2）正火加热温度：一般亚共析钢加热至AC3+（30～50）℃；过共析钢加热至+（30～50）℃，即加热到奥氏体单相区。
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（3）淬火加热温度：一般亚共析钢加热至AC3+（30～50）℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。如果加热温度不足（如低于AC3）,则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足；共析钢和过共析钢加热至AC1+（30～50）℃，淬火后的组织为陷晶马氏体与粒状二次渗碳体。未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的耐摩性。的粒状二次渗碳体可提高钢的硬度和耐磨性。过高的加热温度（高于ACCM），会因得到粗大的马氏体，过多的残余奥氏体而导致硬度和耐磨性下降，脆性增加。
（4）回火温度：钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终所要求的组织和性能（工厂中常常是根据硬度的要求）。按加热温度不同，回火可分为三类：
低温回火：在150～250℃回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC57-60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。
中温回火：在350～500℃回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40-48，其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。因为它主要用于各种弹簧及热锻模。
高温回火：在500～650℃回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC25 -35，其目的是获得既有一定强度、硬度、又有良好的冲击韧性的综合机械性能，常把淬火后经高温回火的处理称为调质处理，因此一般用于各种重要零件，如柴油机连杆螺栓、汽车半轴以及机床主轴等。
2．保温时间的确定
为了使钢件内外各部分温度均匀一致，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，就必须在淬火加热温度下保温一定时间，通常将钢件升温和保温所需的时间计算在一起，统称为加热时间。
在具体生产条件下，工件加热时间与钢的成分、原始组织、工件几何形状和尺寸，加热介质、炉温、装炉方式等许多因素有关。
对于本实验中的碳钢，保温时间为：工件的有效加热厚度?1分钟/毫米。如果是火焰炉、电炉所需加热及大约直径，如果是盐浴炉则缩短1-2倍。合金钢加热时间要增加25-40%。
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