1、deform 熱處理報告材料成型專業(yè)綜合性實驗報告 熱處理工藝對45鋼組織性能的影響 學生專業(yè): 材料成型與控制工程 學生班級: 學生學號： 學生姓名: 指導老師: 報告日期: 2016年7月 目錄一、 綜述 . 3二、 實驗目的. 三、 材料及儀器 . 8四、 實驗過程及熱處理模擬操作. 8五、 實驗結(jié)果及熱處理模擬對比分析. 9六、 結(jié)果分析.16七、 結(jié)論 . 參考文獻 . 1、 綜述 .鋼的熱處理 鋼的熱處理就是把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進行必要的保溫，并以適當?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需性能的工藝方法。熱處理與其他加工方法(鑄 造、鍛壓、焊接、切削加工等）不同

2、，它只改變金屬材料的組織和性能,而不改變其形狀和大小，所以用它來處理零件、工具等制成品，處理各種工具、刀具、齒輪和轉(zhuǎn)軸等。鋼在熱處理條件下所得到的組織與鋼的平衡組織有很大的差別,鋼加熱到臨界點（a1）以上時發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，奧氏體在非常緩慢冷卻時才能得到平衡組織狀態(tài)的珠光體或珠光體+鐵素體（或滲碳體),但大部分熱處理工藝,如退火、正火、淬火、(回火或時效例外）都是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài),然后以不同的冷卻速度（或冷卻方式)冷卻到室溫。退火、正火、淬火的冷卻速度的不同，則會得到不同的組織,其力學性能或物理性能也不同。2. 4#鋼的綜述5號鋼是gb中的叫法,js中稱為:s45c,asm中稱為1045,8

3、046,in為:c45。國內(nèi)常叫45號鋼，也有叫“油鋼”。一般,市場現(xiàn)貨熱軋居多。冷軋規(guī)格1.4.0mm之間。含碳(c）量是.2050，s(硅)含量為017.37%,mn(錳)含量050.80%，cr（鉻)含量0.25%,ni（鎳）含量0.30%, cu(銅)含量025%。密度785g/c3,彈性模量20a，泊松比0.31熱處理方法熱處理推薦熱處理溫度：正火80，淬火80，回火60.45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構用鋼硬度不高易切削加工模具常用來做模板梢子導柱等,但須熱處理。3. 45#鋼的熱處理工藝 鋼的淬火:淬火就是將鋼加熱到3（亞共析鋼)或c(過共析鋼)以上05c，保溫后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快

4、速冷卻(v冷臨)，以獲得具有高硬度、高耐磨性的馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。為了正確地進行鋼的淬火,必須考慮下列三個重要因素：淬火加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。(1)淬火溫度選擇正確選定加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要一環(huán)。淬火時的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量,可根據(jù)fe-f3相圖確定（如圖1所示)。鋼的成分,原始組織及加熱速度等都影響臨界點a1、c2、及am的位置。在熱處理手冊或材料手冊中都可以查到各種鋼的熱處理溫度,熱處理時不能任意提高加熱溫度，因為加熱溫度過高時,晶粒容易長大,氧化、脫碳和變性嚴重,也不能任意降低溫度,會影響鋼的強度和硬度。本次淬火溫

5、度為80. 圖表1(2)保溫時間的確定淬火加熱時間是將試樣加熱到淬火溫度所需的時間及在淬火溫度停留保溫所需時間的總和。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關,一般可按照經(jīng)驗公式來估算,碳鋼在電爐中加熱時間的計算如圖表2所示。加熱溫度(c）工件形狀圓柱形方形板形保溫時間分鐘/每毫米直徑分鐘每毫米厚度分鐘/每毫米厚度00.2.238001.05200.8121.610000.6.8 圖表 (3)冷卻速度的影響冷卻是淬火的關鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時應使冷卻速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織;在這個前提下又應盡量緩慢冷卻,以減少鋼中的內(nèi)應

6、力，防止變形和開裂。為此,可根據(jù)曲線圖（如圖表3所示),使淬火工作在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（65055)進行快冷(即與c曲線的“鼻尖”相切），而在較低溫度（310）時冷卻速度則盡可能小些 圖表3 鋼的回火 鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織硬而脆,并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應力，如果直接進行磨削加工往往會出現(xiàn)龜裂；一些精密的零件在使用過程中將會由于變形引起尺寸變化而失去精度，甚至開裂。因此鋼淬火后必須進行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的性能。按加熱溫度高低，回火可分為3類。低溫回火。在15025 的回火稱為低溫回火,所的組織為回火馬氏體，它是過飽各程度較小的固溶體,硬度約為0hrc,其目

7、的是在降低淬火應力、保持鋼的高硬度條件下,減少鋼的脆性。低溫回火長用于高碳鋼的切削工具、量具和滾動軸承等。 馬氏體組織綜述 馬氏體是將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火)，得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織。馬氏體通常有片狀、板條狀,但金相觀察中通常表現(xiàn)為針狀。一般當w0時,鋼在馬氏體形態(tài)同乎全為板條馬氏體;當wc1.0%時,則幾乎全為片狀馬氏體;當c=0.3%-%時,為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合物,隨含碳量的升高，淬火鋼中板條馬氏體的量下降，片狀馬氏體的量上升.高碳鋼在正常溫度淬火時,細小的奧氏體晶粒和碳化物都能使其獲得細針狀馬氏體組織,這種組織在光學顯微鏡下無法分辨稱為隱

8、針馬氏體。 馬氏體的主要特征之一是高的強度和硬度,通常低碳馬氏體具有良好的強度和一定的韌性,高碳馬氏體強度高、韌性大。一般淬火鋼經(jīng)低溫回火所得組織為回火馬氏體（如圖3)。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下,降低其淬火內(nèi)應力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具、量具、冷沖模具、滾動軸承以及滲碳件等。 中溫回火。在300 的回火稱為中溫回火，得到組織回火屈氏體,為極細的球狀滲碳體和鐵素體的機械混合物,硬度約為355hr。其目的是獲得高屈服強度,彈性極限和較高的韌性，主要用于各種彈簧和模具的熱處理。 高溫回火。在50050的回火稱為高溫回火，所得的組織為回火索氏

9、體,硬度約為83hr。其目的是獲得強度、硬度、塑形、韌性都較好的綜合力學性能。所以把淬火后高溫回火的處理稱為調(diào)至處理、主要用于中碳鋼，比如連桿、螺栓、齒輪和軸。 索氏體組織綜述 索氏體是鋼經(jīng)正火或等溫轉(zhuǎn)變所得到的鐵素體與滲碳體的機械混合物。索氏體組織屬于珠光體類型的組織，在光學金相顯微鏡下放大00倍以上才能分辨片層的細珠光體（gb/t722標準）。其實質(zhì)是一種珠光體,但其組織比珠光體組織細,是鋼的高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，是片層的鐵素體與滲碳體的雙相混合組織，其層片間距較（250350nm），碳在鐵素體中已無過飽和度,是一種平衡組織。索氏體具有良好的綜合機械性能。 淬火鋼高溫回火(0-50）所得組織為回火

10、索氏體,習慣上將淬火鋼加高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)，其目的是獲得強度,硬度、塑性和韌性都較好的綜合機械性能。因此,廣泛用于汽車,拖拉機，機床等的重要結(jié)構零件，如連桿,螺栓,齒輪及軸類. 4硬度測試方法、過程(1）洛氏硬度機的原理：洛氏硬度試驗，是用特殊的壓頭(金剛石壓頭或鋼球壓頭）,在先后施加兩個載荷（預載荷和總載荷)的作用下壓入金屬表面來進行的,總載荷為預載荷p和主載荷p之和,即p=0+p1。洛氏硬度值是施加總載荷p并卸除主載荷1后，在預載荷p0繼續(xù)作用下,由主載荷p1引起的殘余壓入深度e來計算(如圖標5）圖表5圖表中，h0表示在預載荷0作用下,壓頭壓入被試材料的深度；h表示施加總載

11、荷p并卸除主載荷p1,但仍保留預載荷p0時,壓頭壓入被試材料的深度。深度差e=h1h0，該值用來表示被測材料硬度的高低。圖表圖表6為hr-0a型洛氏硬度計。其主要零部件如下1.機身.加荷手柄 3升降手把 4.手輪 5.絲杠保護套(內(nèi)有絲杠） 6待測試件7主軸 8.小杠桿 9.大杠桿 10.調(diào)整塊 1.定位標記 12.吊環(huán) 1.螺釘 4.砝碼變換器 5.砝碼16.油針1.油氈8.后蓋 19緩沖器20.卸荷手柄21壓頭 22.上蓋23.指示表 4.變荷手柄5.工作臺（）使用方法將經(jīng)過熱處理以后的鋼試樣在水砂子上擦磨去除表面污垢和氧化層后,置于洛氏硬度機 上測量硬度,為了減小測量誤差，應進行多次測量

12、，記錄數(shù)據(jù)。擦磨方法：先沿著一個方向擦磨直到表面氧化物去除完,然后再沿著垂直方向擦磨使端面平整。洛式硬度機的使用方法1）將試樣上下兩面磨平,然后置于載物臺上。2）選擇壓頭及載荷。3)加預載。按順時針方向轉(zhuǎn)動升降機構的手輪，使試樣與壓頭接觸并觀察顯示器上光標移動至滿載為止。4）加主載。5）讀硬度值。6)卸主載。7）下降載物臺。逆時針轉(zhuǎn)動加載手柄至原來位置。8)用同樣的方法在試樣的不同位置測三個數(shù)據(jù)，取其算術平均值為試樣的硬度。二、實驗目的. 學習熱處理加熱爐、硬度計、金相顯微鏡等設備的原理、結(jié)構以及操作規(guī)范。. 學習4號鋼淬火、回火熱處理規(guī)范、硬度測試規(guī)范、金相試樣加工規(guī)范、組織測試規(guī)范。讓我們

13、理論聯(lián)系實踐更加充分的學習理解我們所學的知識。3熱處理工藝過程由于受到加熱方式、冷卻方式、加熱溫度、冷卻溫度、加熱時間、冷卻時間等影響,金屬內(nèi)部的組織也會發(fā)生不同的變化,因此是個十分復雜的過程,同時工藝參數(shù)的差異，也會造成熱處理加工對象硬度過高過低、硬度不均勻等現(xiàn)象。defrm-3d軟件提供一種熱處理模擬模塊，可以幫助熱處理工藝員，通過有限元數(shù)值模擬來獲得正確的熱處理參數(shù)，從而來指導熱處理生產(chǎn)實際。減少批量報廢的質(zhì)量事故發(fā)生。實驗中用defm-3軟件對5鋼做了淬火工藝分析。三、材料及儀器1.箱式電爐及控溫儀表洛氏硬度機、預磨機、拋光機 3.冷卻介質(zhì)：水、油（使用溫度約2);4.試樣材料:4鋼，

14、直徑為20,高15的圓柱體。四、實驗過程 5鋼的熱處理過程：1、對45鋼進行淬火()在進行淬火前先測量試樣的硬度3次，將測量的數(shù)據(jù)計入表格中。（2）將試樣置于加熱爐中打開加熱爐。使其溫度上升到80c開始計時并保溫30分鐘。(3)30分鐘后，取出試樣對其進行水冷。測量試樣的硬度一共3次并計入表格。 （4）待試樣完全冷卻,用磨砂紙將其表面磨平整光滑。 2、對4鋼進行高溫回火(1)將回火爐的溫度設定在50（2)待溫度升高到560c，將試樣置于加熱爐中保溫30分鐘左右。(3)3分鐘后取出試樣空冷，測量試樣的硬度一共3次并計入表格中。 (4) 待試樣完全冷卻，用磨砂紙將其表面磨平整光滑。 觀察金相 掌握

15、金相顯微試樣的制備過程和基本方法,并觀察、認識其金相顯微組織; 1、實驗儀器及材料1儀器：臺式金相顯微鏡、預磨機、砂紙、拋光機、吹風機等。 2材料:待磨試樣每人一塊、各號金相砂紙一套、腐蝕劑、無水乙醇 、4%硝酸酒精、制備好的工業(yè)純鐵試樣、棉球、鑷子等。 2、內(nèi)容 在利用金相顯微鏡觀察、分析和研究金屬材料的金相顯微組織時,需要在該材料的典型部位截取樣塊,然后通過一系列的制備過程，制成符合要求的金相顯微試樣。即在金相顯微鏡下可以觀察到很清晰的金相顯微組織，其整個過程即為磨片。磨片的方法與步驟如下： (） 取樣：試樣尺寸通常采用直徑為0，高1的圓柱體式樣。 (2)磨制：分粗磨和細磨兩道工序。粗磨通

16、常在砂輪機上進行,細磨是在一套粗細不同的金相砂紙上由粗到細依次進行的。每更換一號砂紙時,需將試樣的研磨方向與上一道磨痕方向垂直，直到將上一號砂紙所產(chǎn)生的磨痕全部消失為止。(3) 拋光:細磨后進行拋光，主要是去除細磨時留下來的細微磨痕而獲得光亮的鏡面。金相試樣的拋光方法一般可分為機械拋光、電解拋光和化學拋光。本實驗中只使用了機械拋光。 機械拋光機械拋光可分為粗拋和細拋兩個步驟,均在拋光機上進行。粗拋時轉(zhuǎn)速要高些,細拋或拋軟材料時轉(zhuǎn)速要低些，所用拋光材料由拋光布和拋光粉組成，拋光布蒙在拋光盤上，不同要求應適當選用不同的拋光布。粗拋時常用帆布、粗呢等，精拋時常用絨布、細呢、絲綢等。機械拋光的方法及注

17、意事項如下:a.拋光粉要配制成拋光液使用,比例大約為 水：粉20:1 左右。拋光時應使試樣磨面均衡地壓在旋轉(zhuǎn)著的拋光盤上,壓力不宜過大，并應使試樣沿拋光盤的半徑方向從中心到邊緣來回移動。c. 拋光過程中要不斷注入適量的拋光液，拋光布上的拋光液不宜太多或太少，以試樣表面提起后幾秒內(nèi)能干為宜。d拋光后期，應使試樣在拋光盤上各方向轉(zhuǎn)動，以防止鋼中夾雜產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。e拋光時間不宜過長,以防拋光表面層金屬變形。（4).化學浸蝕經(jīng)拋光后而沒有浸蝕的試樣在顯微鏡下除了能觀察到非金屬夾雜物（石墨、氧化物、硫化物等）及其本身所具有的孔洞、裂紋等缺陷之外，看不到金屬內(nèi)部的組織，必須經(jīng)過浸蝕。利用化學浸蝕劑,通過化

18、學或電化學作用顯示金屬的組織:浸蝕方法:將已拋光好的試樣磨面先用輕水沖洗干凈,然后用酒精棉清擦一遍,再將試樣浸入浸蝕劑中，或用鑷子夾著蘸上浸蝕劑的棉球擦其磨面。浸蝕的時間依不同合金及不同組織而定,一般碳鋼和鑄鐵浸蝕的時間大約在 105 秒內(nèi)即可。用酒精沖洗干凈，吹干，將浸蝕完的試樣放在顯微鏡下,就可以觀察到金屬內(nèi)部的顯微組織?；瘜W浸蝕劑種類很多，一般碳鋼及鑄鐵所用浸蝕劑為3%的硝酸酒精。(5)電子攝像技術將磨好的金相試樣放在顯微鏡的載物臺上，選好放大倍數(shù)以后，調(diào)整粗調(diào)手輪和微調(diào)手輪,直接在與顯微鏡相連的電腦顯示屏幕上調(diào)清楚焦距,獲得清晰的金相圖片。3、 dfo模擬數(shù)據(jù)溫度與對流系數(shù)設置溫度對流

19、系數(shù)20.252.8500674.100.5五、實驗結(jié)果 熱處理加工結(jié)果 在880溫度下淬火得到馬氏體和殘余的奧氏體,其硬度、強度高，塑性、韌性差。在5高溫回火得到穩(wěn)定的回火索氏體組織，其塑性、韌性相對提高。2. 硬度測試結(jié)果 測量次數(shù)123平均值硬度（hrc）2.83032930.8 原始硬度 淬火后的硬度 測量次數(shù)123平均值硬度（rc）5.456.555.956.6、 回火后的硬度測量次數(shù)12平均值硬度(rc)5.634.936.4353. 金相組織圖 45鋼的組織原始試樣組織 淬火后試樣組織 回火后試樣組織 4. defrm模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比分析 溫度定點跟蹤分析 從曲線中可以分析

20、,個點的溫度基本是一致的,這是由于工件尺寸較小,加熱保溫時間充足造成的。 硬度定點跟蹤分析 圖示硬度的定點分析,由于工件尺寸小,溫度均勻，因此硬度也比較均勻。實驗試樣表面硬度為56.6rc，模擬表面硬度5.8rc，硬度對比結(jié)果基本一致，誤差在允許范圍內(nèi)。從模擬結(jié)果看,剛樣從表面到中心硬度值逐漸降低,這是由于受淬透性、各部分相對組織含量不同、成分不均等因素影響。 殘余應力的定點跟蹤分析 熱處理淬火后會留有殘余應力，嚴重的話,會造成零件變形。上圖是等效殘余應力定點跟蹤分析曲線，最大殘余應力位于零件表面。 相的體積分數(shù)分析 奧氏體含量與分布 鐵素體含量與分布 馬氏體含量與分布 相的體積分數(shù)分析即金相分析,可以進一步分析材料的組織結(jié)構的構成。從模擬結(jié)果可以看出經(jīng)過淬火后主要得到馬氏體組織,還有少量的殘余奧氏體，同時還有珠光體組織,這是因為在冷卻結(jié)晶過程中一部分奧氏體組織發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而析出的。六結(jié)果分析回火溫度隨著淬火溫度的變化曲線趨勢和淬火硬度隨溫度的曲線趨勢大致一致?？赡茉?/p>