五、实验报告要求
1、明确实验目的。 2、简述实验的原理。
3、写出实验设备、仪器以及实验材料。 4、写出实验的操作步骤。
5、画出所观察过的组织示意图，并注明材料名称、组织、放大倍数。显微组织画在直径为30mm的圆内，并将组织组成物名称以箭头引出标明。
6、计算45、T12钢试样的显微组织中珠光体所占的面积百分数。
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实验三 碳钢的热处理
一、实验目的
1、了解碳钢的热处理（淬火）的工艺方法和操作过程。 2、了解碳钢淬火后的组织和性能。
二、实验原理
钢的热处理工艺过程是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来。通过这样的工艺过程能使内部组织结构发生了变化，从而改变了钢的性能。钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。不同的热处理方法得到的材料性能有所不同，本实验主要是研究碳钢经淬火处理后，组织与性能的演变。
淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，经过保温后使其奥氏体化，在以大于临界冷却速度进行冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。碳钢淬火后得到的组织为马氏体加一定数量的残余奥氏体。淬火的目的就是获得马氏体组织。提高钢的硬度和耐磨性。例如，过共析钢退火后硬度为25HRC，而淬火后硬度可达62～65HRC。
淬火的工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却速度： 1、淬火加热温度的选择
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不同成分的碳钢淬火的加热温度有所不同，图3-1为在相图上表达的碳钢加热范围示意图。亚共析钢淬火加热后的组织为单相奥氏体，过共析钢淬火加热后的组织为奥氏体加二次渗碳体。在实际工程中，淬火加热温度可以通过查阅设计手册获得。表3-1为温度为各种碳钢在加热时的临界转变温度。临界温度+30～50℃就是淬火温度。根据图3-1和表3-1，可以确定45钢和T8钢的淬火加热温度分别为830℃和780℃。
图3-1 碳钢的淬火加热范围
表3-2各种碳钢的临界温度（近似值）
类别 钢号 40 碳素结构钢 45 50 60 T7 碳素工具钢 T8 T10 T12 临界温度 Ac1 724 724 725 727 730 730 730 730 Ac3或Accm 790 780 760 766 770 — 800 820 Ar1 680 682 690 695 700 700 700 700 Ar3 796 760 750 721 743 — — —
2、保温时间的确定
加热时间与钢的成分、工件的形状、尺寸及加热介质、加热方法等因素有关。
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一般按照经验公式3.1加以估算，表3—2为碳钢在电炉中的加热速度，本实验的实验试样为圆形，加热温度在800℃左右。加热速度按每毫米一分钟计算为宜。工件的有效厚度按工件直径的一半来取。
t???D 3.1
式中， t—加热时间（min）
?—加热速度（min/mm） D—工件有效厚度（mm）
表3-2碳钢在箱式炉中加热速度?（min/mm）
工件形状 加热温度（℃） 圆柱形 方形 保温时间 700 800 900 1000 1.5 1 0.8 0.4 2.2 1.5 1.2 0.6 3 2 1.6 0.8 板形 3、冷却速度的影响
加热保温后的碳钢在不同的冷却速度条件下，将得到不同的组织，图3-2为共析钢的等温转变曲线和连冷却转变曲线。为得到马氏体组织，淬火时的冷却速度应大于临界冷却速度。本实验用水做冷却介质，由于试样较小，散热很快，故实验中应采取最快的操作方式。一般是将一组试样捆绑在一组钢丝上，淬火时用火钳夹持钢丝，迅速放入水中，并在水中晃动火钳，加大冷却速度。
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图3-2 共析钢等温转变曲线与连续转变曲线
钢在淬火时，由于热应力和相变应力的作用，很容易引起开裂现象。另外，淬火后的马氏体和残余奥氏体属于过饱和的非稳态相，总有转变趋势，因此，淬火后的碳钢往往都要进行回火处理，本实验由于时间所限，取消了回火处理。所以，实验中可能会出现带有裂纹的试样。
三、实验步骤
1、试样装炉与保温
启动电炉，当温度升至预先设定的加热温度（45钢为830℃，T8钢为780℃）时，打开炉门，装入试样。关闭炉门，电炉重新启动，当炉温回到原设定温度后，开始记录保温时间。 2、淬火
到达保温时间后，打开炉门，迅速将所有试样一次投入淬火介质（水）中，并晃动火钳，力求介质温度均匀。
3、金相试样的制备与组织观察（参看实验一） 4、洛氏硬度测定
用洛氏硬度计测试淬火钢的洛氏硬度。该硬度计操作比较简单，指导教师在实验
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现场进行指导效果会更好。所以，这里不在陈述硬度计的原理与使用。
四、实验设备、仪器、材料
1、设备与仪器：
SX2-10-13箱式电炉及KSY-12-16S控温仪表；HR-150A型洛氏硬度计；4×C型台式金相显微镜，抛光机；电吹风。 2、材料：
45钢、T8试样若干；玻璃板；金相砂纸；抛光液（Al2O3水溶液）；化学浸蚀剂（4％硝酸酒精溶液）；无水酒精；脱脂药棉。
五、实验报告要求
1、明确本次实验目的。 2、简述实验的原理。
3、写出实验设备、仪器以及实验材料。
4、画出两种材料的淬火处理工艺曲线。标明加热温度和保温时间。 5、画出淬火后材料的金相显微组织示意图。并说明试样的洛氏硬度。
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