1.6 研究方案技术路线
通过对实验材料（40Cr钢）进行分析研究，得出实验方案（如图1-2）
试样: 40Cr钢 加 热 800℃淬火 840℃淬火 880℃淬火 回 火 180℃低温回火试样1个 420℃中温回火试样2个 580℃高温回火试样1个 取样、磨片实验 参与回火试样对比分析 得出组织结构，进行微观组织分析 图 1-2 研究技术图
结论研究分析 本研究报告严格按照此技术图进行实验，并对实验结果进行分析总结。
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第二章 40Cr钢的热处理研究分析
2.1. 钢的热处理概况
热处理是将材料在固态下采用适当的方式进行加热,保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺.
2.1.1 退火与正火
钢的退火与正火是应用非常广泛的热处理工艺，例如各类铸、锻、焊生产的毛坯或半成品的预备热处理，目的在于消除冶金及热加工过程中产生的某此缺陷，改善组织和工艺性能，为以后的机加工及最终热处理做好组织与性能准备。对于某些性能要求不高的机械零件，经退火或正火后可直接使用。此时，退火或正火也就成为最终热处理。
退火：把钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一段时间，随后在炉中或埋入炉中或导热性较差的介质中，使其缓慢冷却以获得接近平衡状态的稳定的组织。目的：（1）降低钢的硬度，改善切削加工性；（2）提高钢的塑韧性，便于成形加工；（3）细化晶粒（4）消除工件内的残余应力。
正火：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，适当保温后，从炉中取出在静止的空气中冷却至室温。目的：（1）细化晶粒，消除缺陷（2）调整钢的硬度（3 消除内应力既可做为中间热处理，也可用作最终热处理。
2.1.2 淬火与回火
淬火：淬火是将钢奥氏体化后以大于Vk的速度冷却，已获得高硬度的马氏体（或下贝氏体）组织的热处理工艺。
目的：主要是获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。
两个概念：淬透性，淬硬性淬火后强度和硬度有了较大提高，但塑性和韧性却显著降低，此外，淬火工件内部有较大内应力，如不及时处理， 会进一步变形至开裂，为此，淬火后要及时回火。
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回火：将淬火后的钢加热到Ac1线以下的某一温度，在该温度下保温一定时间（1-2小时），然后取出在空气或油等介质中冷却。 回火通常作钢件热处理的最后一道工序，因此，把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。目的： （1）降低脆性，减少内应力，防止变形开裂 （2）调整钢件的机械性能（3）稳定组织，保证工件尺寸、形状稳定。回火一般分为低温、中温、高温回火。
低温回火：加热到150-250℃，保温1-3小时后空冷，得到回火马氏体。（保证高硬度，如刃具、量具）
中温回火：加热到350-450℃，保温后空冷，得到回火屈氏体。（高弹性极限，有一定韧度和硬度，如弹簧）
高温回火：加热到500-650℃，保温后空冷，得到回火索氏体。（有一定强度和硬度，又有良好的塑性和韧性，如曲轴，齿轮） 淬火+高温回火=调质处理
2.2 40Cr钢的热处理实验
实验试样: 40Cr
图2-1 40Cr
直径30mm、高为15mm的圆柱坯料 5个
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2.2.1. 40Cr钢特性
40Cr钢是最常用的合金调质钢，抗拉强度，屈服强度及淬透性均比40钢高，临界淬透直径；油中约为15-40 mm, 水中约为 28-60 mm。断面尺寸在＜50mm时， 油淬无自由铁素体析出，故有较高的疲劳强度，当含碳量下降时，经淬火和回火后，除能获得较高的强度外，还有良好的韧性，水淬时，形状复杂的零件容易形成开裂，在450-680℃回火时，有第二类 回火脆性倾向，但可随着截面尺寸的减少而减弱，白点敏感性较大，所以锻后宜缓冷，冷变塑性中等，冷顶锻前最予以球化处理，正火或调质后，可削性很好，退火后可削性也较好；钢的焊接性较差，有开裂倾向，所以焊前需预热到100-150℃；一般经调质处理使用。用途：适用于制造中等载荷和中等速度工作的零件，如汽车的转向节，后半轴及机床正的齿轮，轴，蜗杆，花键轴等，经淬火及中温回火后可用于制造高载荷，冲击及中速工作的零件，如齿轮，主轴，油泵转子，套环等，也可用于制造 各种 扳手，经淬火及低温回火后，可用于制造重载荷，低冲击及要求有耐磨性，截面尺寸（厚度）＜25mm的零件，如蜗杆，主轴，套环等，经调质并高频表面淬火后，可制作要求较高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮，套筒，轴，销子，连杆，进汽阀等，此外，还适用于进行碳氮共渗处理制造各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴等。
因此，本实验试样直径30mm、高为15mm的圆柱坯料在下面的淬火中能够被淬透。
2.2.2.40Cr钢的物理性能
40Cr钢的弹性模量和切变模量
弹性模量E(20℃) 切变模量G(20℃) /MPa 200000～211700 80800 表2-2
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40Cr钢的线（膨）胀系数
备注 1 2 温度/℃ 20～200 20～300 20～400 20～500 20～600 20～700 线（膨）(11.9～胀系数/C-1 12.0) ×10-6 (13.3～13.4)×10-6 (14.3～14.4)×10-6 表2-3
1 用钢成分（%）：0.37C，0.30Si，0.66Mn，0.95Cr，0.18Ni，0.016P，0.028S;
(15.0～15.1)×10-6 (15.3～15.4)×10-6 (15.4～15.5)×10-6 2 用钢成分（%）：0.42C，0.29Si，0.69Mn，0.87Cr，0.14Ni，0.010P，0.013S。
40Cr钢的热导率
温度/℃ 热导率λ/W·（m·K） -1100 32.6 200 30.9 300 29.3 400 28.0 500 26.7 600 25.5 表2-4
2.2.3.40Cr钢的化学成分
40Cr钢的化学成分（GB/T3077-1999）ω/%
C 0.37～0.45 Si 0.17～0.37 Mn 0.50～0.80 Cr S 0.80～1.10 ≤0.030 P ≤0.030 Ni ≤0.25 Cu ≤0.030 表2-5
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