1.3合金元素在45、60Si2Mn中的作用
1.3.1合金元素在45中的作用
45钢是优质碳素结构钢。主加元素有Mn、Cr、Si、Ni、B等，这些元素加入或复合加入可以提高钢的淬透性，并保证机械零件整体具有良好的综合力学性能。辅加元素有Mo、W、V、Ti等碳化物形成元素，他们一般不单独加入，而是加在含有主加元素的钢中，切含量较少。主要作用是细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性。
1.3.2合金元素在60Si2Mn中的作用
①簧钢中的碳的质量分数较大，以保证高的弹性极限与疲劳极限[1]。
②Si、Mn是弹簧钢中经常应用的合金元素，目的是提高淬透性、强化铁素体、提高钢的回火稳定性，使其在相同的回火温度下具有较高的硬度和强度。其中Si的作用最大，但Si的质量分数大事有石墨化倾向，且在加热时使钢易于脱碳。Mn能增加钢的过热敏感性[3]。
③加入Cr、W、V。为了克服硅锰钢的不足，加入碳化物形成元素，它们可以防止钢的过热和脱碳，提高淬透性，W、V可细化晶粒，并保证钢在高温下仍具有较高的弹性极限和屈服极限。
1.4 本次实验目的
本次实验是研究在正常的淬火条件下，通过洛氏硬度计在钢件表面打洛氏硬度，比较两种钢硬度值的不同，进一步比较不同钢种的淬硬性；然后再钢件的剖开面上沿径向打一组硬度值、绘制U曲线描绘硬度的变化趋势，打磨抛光制作金相试样、观察内部组织来比较45、60Si2Mn的淬透性。
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第二章 实验方案和实验过程
2．1实验材料及设备
2．1．1实验材料45、60Si2Mn的化学成分(w%)
表2.1 45、60Si2Mn钢化学成分
[4]
钢号 45 60Si2Mn
C/% 0.42～0.50 0.57～0.65
Mn/% 0.50～0.80 0.60～0.90
Si/% 0.17～0.37 0.15～2.00
2．1．2实验设备
实验用箱式电炉、洛氏硬度计、淬火用水槽、油槽及淬火介质、砂纸、电子显微镜和夹钳
2.2实验方案
2.1.2钢的热处理工艺参数[5]
表2.2 45、60Si2Mn的热处理工艺参数
钢号 Ac3/℃ 热处理温度/℃ 保温时间/ min 冷却介质 45 780 850 40 水或油 60Si2Mn 810 850 40 油
2.1.3实验过程
⑴选择2个Φ20×40mm的45钢件标记为1、2和2个Φ15×30mm 60Si2Mn钢件标记为3、4。
⑵将4个钢件放入箱式保温炉中850℃下保温40min。 ⑶将4个钢件取出放入油中冷却。
⑷将冷却后1、3号钢件在洛氏硬度计上不同的三个部位打硬度，记下硬度值并求出平均值。
⑸将2、4号钢件在线切割机上沿中间部分径向切开，然后打磨、抛光，制作金相试样，观察金相组织并照相。
⑹将剖开后的2、4号钢件磨光沿径向通过直径方向打一组数据，记下每个硬度值。
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2.3金相显微组织观察
2.3.1金相组织的制备
(1)取样
(2)打磨：180﹟→240﹟→400﹟→600﹟→800﹟→1000﹟→1500﹟→金相试纸 (3)抛光：先粗抛光，再细抛光，抛光剂为水，直至试样表面像镜面为止。 (4)腐蚀:试样抛光面侵入侵蚀剂中，面呈暗灰色，用水冲洗。 (5)烘干：用热风吹干。
2.3.2 显微摄影
用金相显微镜对抛光后腐蚀的表面进行拍照。
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第三章 实验结果分析
3．1实验结果
3.1．1硬度值记录
表3.1 淬硬性实验硬度值
钢号 HRC 平均值 1 33 32 32.5 32.5 3 62 62 59 61.3
表3.2淬透性实验硬度值
钢号 HRC 3 45 33.5 32
31 29 27.5 26 27.5 26 27.5 29 31.5 32
4 63 62.5 62.3 62.3 62.2 62.1 62 62 62 62.2 62.3 62.3 63
3．1．2实验试样金相组织照片
图3.1 45钢淬火后组织（400x）
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图3.2 60Si2Mn淬火组织(400x)
3．2 45、60Si2Mn淬火后组织分析
从所得的金相组织分析, 60Si2Mn淬火后的表面组织几乎全部转变为针条状马氏体，只含有少量铁素体和颗粒状珠光体[6]组织，这与60Si2Mn钢含碳量较高和大量合金元素有关；45钢淬火后组织为部分针状马氏体[6]，残余大量的铁素体和珠光体，这是因为在实验中，钢件没有经过正火的处理，没有在淬火前使组织细化[7]，造成铁素体没有完全溶入奥氏体，而残留在组织中。但是组织还是以马氏体为主。这也是淬火后组织强化的重要原因。碳的影响是主要的，当C％小于1.2％时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大；当C％大于时，钢的冷却速度反而升高，C曲线[8]左移，淬透性下降。其次是合金元素的影响，除钴外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，均使C曲线右移，降低临界冷却速度[8]，从而提高钢的淬透性。
3．3 45、60Si2Mn淬硬性和淬透性分析
图3.3 45钢淬透性曲线
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