从硬度来判定原材料的合格与否是否准确
从硬度来判定原材料的合格与否是否准确
09-12-27 &匿名提问
一：实验目的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回顶部(1)观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。(2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。二：实验说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回顶部碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。  图1 共析碳钢的c曲线 图2 45钢的CCT曲线 C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。1．碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。2．钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。  图3 T12 钢球化退火组织 图4 低碳马氏体组织 45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状组织，当转变量不多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。 图5 45钢正常淬火组织 图6 45钢油淬组织 图7 上贝氏体组织特征 　　下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的组织。由于易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状特征，如图8所示。　　在观察上、下贝氏体组织时，应注意为显示贝氏体组织形态，试样的处理条件一般是在等温度下保持不长的时间后即在水中冷却，因此只形成部分贝氏体，显微组织中呈白亮色的基体部分为淬火马氏体组织。　　含碳质量分数相当于过共析成分的奥氏体淬火后除得到针状马氏体外，还有较多的残余奥氏体。T12碳钢在正常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的球形渗碳体和少量残余奥氏体，如图4．9所示。但是当把此钢加热到较高温度淬火时，显微镜组织中出现粗大针状马氏体，并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体，如图10所示。 图8 下贝氏体组织特征 图9 T12钢正常淬火组织 图10 T12钢1000℃油淬组织 3. 碳钢回火后的组织　　淬火钢经不同温度回火后所得到的组织不同，通常按组织特征分为一下三种。 　　(1)回火马氏体。淬火钢经低温回火(150~250℃),马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点，这种组织成为回火马氏体。回火马氏体仍保持针状特征，但容易浸蚀，故颜色比淬火马氏体深些，是暗黑色的针状组织，如图11所示。回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性叫淬火马氏体有明显改善。　　(2)回火托氏体。淬火钢经中温回火(350~500℃) 得到在铁素体基体中弥散分布着微小状渗碳体的组织，称为回火托氏体。回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状马氏体的形态，渗碳体则呈细小的颗粒状，在光学显微镜下不易分辨清楚，故呈暗黑色，如图12所示。回火托氏体有较好的强度、硬度、韧性和很好的弹性。　　(3)回火索氏体。淬火钢高温回火(500~650℃)得到的组织称为回火索氏体，其特征是已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状，如图13所示。回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。 图11 回火马氏体组织 图12 回火托氏体组织 图13 回火索氏体组织 三：实验内容　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回顶部典型牌号碳钢经不同热处理后的状态如表1所示  试样号码 钢号 热处理条件 浸蚀剂 放大倍数 1 45 860℃炉冷(退火) 3％硝酸酒精溶液 200~450 2 45 860℃空冷(正火) 3％硝酸酒精溶液 200~450 3 45 860℃加热、油淬 3％硝酸酒精溶液 450~600 4 45 860℃加热、油淬 3％硝酸酒精溶液 450~600 5 45 860℃水淬、200℃回火 3％硝酸酒精溶液 450~600 6 45 860℃水淬、400℃回火 3％硝酸酒精溶液 450~600 7 45 860℃水淬、600℃回火 3％硝酸酒精溶液 450~600 8 20 1000℃加热、水淬 3％硝酸酒精溶液 450~600 9 T8 440℃等温lls、水冷 3％硝酸酒精溶液 450~600 10 T8 290℃等温3min、水冷 3％硝酸酒精溶液 450~600 11 T12 l000℃加热、水淬 3％硝酸酒精溶液 450~600 12 T12 780℃加热、水淬 3％硝酸酒精溶液 450~600 13 T12 球化退火 3％硝酸酒精溶液 450~600 四：实验方法指导　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回顶部(1)领取一套金相试样，在金相显微镜下观察。观察时要根据Fe—Fe3C相图和钢的C曲线来分析确定不同热处理条下各种组织的形成原因。(2)对于经过不同热处理后的组织，要采用对比的方式进行分析研究，例如，退火与正火、水淬与油淬、淬火马氏体与回火马氏体等。(3)画出所观察到的、指定的几种典型显微组织形态特征，并注明组织名称、热处理条件及放大倍数等。(4)在了解洛氏硬度计的构造及操作方法之后，测定45钢经不同热处理后的硬度，并记录所测得的硬度数据。五：实验报告要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回顶部(1)写出实验目的。(2)运用铁碳相图及相应钢种的C曲线，根据具体的热处理条件分析所得组织及特征，并画出所观察试样的显微组织示意图。(3)列出全部硬度测定数据，分析冷却方法及回火温度对碳钢性能(硬度)的影响，画出回火温度同硬度的关系曲线，并阐明硬度变化的原因。 六：思考题　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回顶部(1)45钢淬火后硬度不足，如何用金相分析来判定是淬火加热温度不足还是令却速度不够？(2)45钢调质处理得道的组织和T12球化退火得到的组织在本质、形态、性能和用途上有何差异？(3)指出下列工件的淬火及回火温度，并说明回火后多获得的组织。　　　　①45钢的小轴 ②60钢的弹簧 ③T12钢的锉刀
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将45钢和t12钢分别加热到700度,770度,840度.这些淬火温度是否正确,为什么45钢在770度时的硬度远远低t12钢在770度淬火的硬度.
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铁的淬火温度是860-940℃,如果温度没有够的话,只是退火,退火后硬度不增加反而应该要减小的. 因为铁淬火后是奥氏体、马氏体的转变过程,温度不够结构不会发生改变.
具体怎么回事去看看百度百科, 我了解的不是很多.
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?金属热处理工艺
[huí huǒ]
（金属热处理工艺）
将经过的工件重新加热到低于下临界温度Ac1（加热时向转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用于减小或消除淬火钢件中的，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。淬火后的工件应及时回火，通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。[1]
回火钢的回火
回火是淬硬后加热到Ac1（加热时向转变的开始温度）以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的。
回火一般紧接着淬火进行，其目的是：
（a）消除工件淬火时产生的，防止变形和开裂；
（b）调整工件的硬度、强度、和韧性，达到使用性能要求；
（c）稳定组织与尺寸，保证精度；
（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。[2]
按回火温度范围，回火可分为低温回火、和。
回火回火分类
回火低温回火
工件在150~250℃进行的回火。
目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火和脆性
回火后得到，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。
应用范围：主要应用于各类的工具、、、模具、、及的零件等。[1]
回火中温回火
工件在350～500 ℃之间进行的回火。
目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火，指马氏体回火时形成的基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。
力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。
应用范围：主要用于弹簧、发条、锻模、冲击工具等。[1]
回火高温回火
工件在500~650℃以上进行的回火。
目的是得到强度、和都较好的综合力学性能。
回火后得到，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。
力学性能：25～35HRC，较好的综合力学性能。
应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如、、及轴类零件等。
淬火并高温回火的复合热处理工艺称为。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或件预先热处理。[1]
45钢和调质后性能比较见下表所示。
45钢（φ20mm～φ40mm）正火和调质后性能比较
热处理方法
索氏体+铁素体
回火索氏体
钢淬火后在300℃左右回火时，易产生不可逆，为避免它，一般不在250～350℃ 范围内回火。
含铬、镍、锰等元素的淬火后在500～650℃回火，缓冷易产生可逆回火脆性，为防止它，小零件可采用回火时快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。
回火注意事项
将成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的和韧性，以获得所希望的性能。中碳和淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经才能使用。钢中的淬火马氏体，是碳在α-Fe中的，具有体心正方结构，其正方度c/a随含碳量的增加而增大（c/a=1+0.045wt%C）。马氏体组织在热力学上是不稳定的，有向稳定组织过渡的趋势。许多钢淬火后还有一定量的，也是不稳定的，回火过程中将发生转变。因此，回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火钢，使钢中的热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程。转变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和组织，以及加热温度而有所不同（见）
调整淬硬钢以便使用的第三步通常是回火。除了等温淬火钢通常在淬火状态下使用外，大多数钢都不能在淬火状态下使用。为产生马氏体而采取的激冷使钢很硬，产生宏观内应力和微观内应力，使材料塑性很低，脆性极大。为减少这种危害，可通过将钢再加热到A1线低温转变以下某一温度。淬火钢回火时产生的结构变化是时间和温度的函数?其中温度是最重要的。必须要强调，回火不是硬化方法，而是刚好相反。回火钢是将经热处理硬化的钢?通过回火时的再加热来释放应力、软化和提高塑性。 回火引起的结构变化和性能改变取决于钢重新加热的温度。温度越高，效果越大，所以温度的选择通常取决于牺牲硬度和强度换取塑性和韧性的程度。重新加热到100℃以下，对淬火普碳钢影响不大，在100℃到200℃之间?结构会发生某些变化，在200℃以上?结构和性能显著变化。在紧靠着A1温度以下的长时间加热会产生与球化退火过程类似的球化结构。 在工业上，通常要避免在250℃到425℃范围内回火，因为这个范围内回火的钢经常会产生无法解释的脆性或塑性丧失现象。一些合金钢在425℃到600℃范围内，也会产生“回火脆性”，特别是从（或通过）这个温度范围缓慢冷却时出现。当这些钢必须高温回火时，它们通常加热到600℃以上并快速冷却。当然，从这个温度快冷不会产生硬化，因为没有进行奥氏体化。
碳钢的回火过程
淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。低、回火过程中的转变示意地归纳在图1中。根据它们的反应温度，可描述为相互交叠的四个阶段。
第一阶段回火（250℃以下） 马氏体在室温是不稳定的，填隙的碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动，产生某种程度的碳偏聚。随着回火温度的升高，马氏体开始分解，在中、高碳钢中沉淀出ε-碳化物（图2），马氏体的正方度减小。高碳钢在 50～100℃回火后观察到的硬度增高现象，就是由于ε-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果（见）。ε-碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和有一定的取向关系。初生的 ε-碳化物很可能和基体保持共格。在250℃回火后，马氏体内仍保持含碳约0.25%。含碳低于 0.2%的马氏体在200℃以下回火时不发生ε-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的温度回火则直接分解出渗碳体。
第二阶段回火（200～300℃） 　残留奥氏体转变。回火到200～300℃的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。在中碳和高碳钢中这个转变比较明显。含碳低于 0.4%的碳钢和，由于残留奥氏体量很少，所以这一转变基本上可以忽略不计。
第三阶段回火（200～350℃） 马氏体分解完成，正方度消失。ε-碳化物转化为渗碳体 (Fe3C）。这一转化是通过 ε-碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。渗碳体往往在ε-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的上和原始奥氏体界上形核（图3）。形成的渗碳体开始时呈薄膜状，然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C。
第四阶段回火（350～700℃） 渗碳体球化和长大，铁素体回复和再结晶。渗碳体从400℃开始球化，600℃以后发生集聚性长大。过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于基体，而将碳输送给选择生长的较大颗粒。位于马氏体和原始奥氏体上的碳化物颗粒球化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。
铁素体在350～600℃发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板条界上的位错通过合并和重新排列，使位错密度显著降低，并形成和原马氏体内板条束密切关联的长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到600℃；在中，针状马氏体内孪晶消失而形成的铁素体，此时也仍然保持其针状形貌。在600～700℃间铁素体内发生明显的再结晶，形成了等轴铁素体晶粒。此后，Fe3C颗粒不断变粗，铁素体晶粒逐渐长大。
合金元素的影响
对一般回火过程的影响 合金元素硅能推迟碳化物的形核和长大，并有力地阻滞ε-碳化物转变为渗碳体；钢中加入2%左右硅可以使ε-碳化物保持到400℃。在碳钢中，马氏体的正方度于300℃基本消失，而含Cr、Mo、W、V、Ti和Si等元素的钢，在450℃甚至 500℃回火后仍能保持一定的正方度。说明这些元素能推迟铁碳过饱和固溶体的分解。反之，Mn和Ni促进这个分解过程（见）。
合金元素对淬火后的残留奥氏体量也有很大影响。残留奥氏体围绕板条成细网络；经300℃回火后这些分解，在板条界产生薄膜。残留奥氏体含量高时，这种连续薄膜很可能是造成脆性（300～350℃）的原因之一。合金元素，尤其是Cr、Si、W、Mo等，进入渗碳体结构内，把渗碳体颗粒粗化温度由350～400℃提高到500～550℃，从而抑制回火软化过程，同时也阻碍的长大。
特殊碳化物和次生硬化 当钢中存在浓度足够高的强碳化物形成元素时，在温度为450～650℃范围内，能取代渗碳体而形成它们自己的特殊碳化物。形成特殊碳化物时需要合金元素的扩散和再分配，而这些元素在铁中的扩散系数比C、N等元素要低几个数量级。因此在形核长大前需要一定的温度条件。基于同样理由，这些特殊碳化物的长大速度很低。在450～650℃形成的高度弥散的特殊碳化物，即使长期回火后仍保持其弥散性。图4表明，在450～650℃之间合金碳化物的形成对基体产生强化作用，使钢的硬度重新升高，出现峰值。这一现象称为次生硬化。回火
钢在回火后的性能
淬火钢回火后的性能取决于它的内部显微组织；钢的显微组织又随其化学成分、淬火工艺及回火工艺而异。碳钢在100～250℃之间回火后能获得较好的力学性能。合金结构钢在200～700℃之间回火后的力学性能的典型变化如图5所示。从图5可以看出，随着回火温度的升高，钢的抗拉强度σb单调下降；屈服强度σ0.3 先稍升高而后降低；断面收缩率ψ和伸长率δ不断改善；韧性（用K1c为指标）总的趋势是上升，但在300～400℃之间和500～550℃之间出现两个极小值，相应地被称为低温回火脆性与高温回火脆性。因此，为了获得良好的综合力学性能，合金结构钢往往在三个不同温度范围回火：超高强度钢约在200～300℃；在460℃附近；在550～650℃回火。碳素及合金工具钢要求具有高硬度和高强度，回火温度一般不超过200℃。回火时具有次生硬化的合金结构钢、模具钢和等都在500～650℃范围内回火。回火
低温回火脆性 许多合金钢淬火成马氏体后在250～400℃回火中发生的脆化现象。已经发生的脆化不能用重新加热的方法消除，因此又称为不可逆回火脆性。引起低温回火脆性的
回火软化性
原因已作了大量研究。普遍认为，钢在250～400℃范围内回火时，体在原或在界面上析出，形成薄壳，是导致低温回火脆性的主要原因。钢中加入一定量的硅，推迟回火时渗碳体的形成，可提高发生低温回火脆性的温度，所以含硅的超高强度钢可在300～320℃回火而不发生脆化，有利于改进综合力学性能。
高温回火脆性 许多淬火后在500～550℃之间回火，或在600℃以上温度回火后以缓慢的冷却速度通过500～550℃区间时发生的脆化现象。如果重新加热到600℃以上温度后快速冷却，可以恢复韧性，因此又称为可逆回火脆性。已经证明，钢中P、Sn、Sb、As等杂质元素在500～550℃温度向原奥氏体晶界偏聚，导致高温回火脆性；Ni、Mn等元素可以和P、Sb等杂质元素发生晶界协同偏聚（cosegregation),Cr元素则又促进这种协同偏聚，所以这些元素都加剧钢的高温回火脆性。相反，钼与磷交互作用，阻碍磷在晶界的偏聚，可以减轻高温回火脆性。稀土元素也有类似的作用。钢在 600℃以上温度回火后快速冷却可以抑止磷的，在热处理操作中常用来避免发生高温。[3]
郝兴明 主编．金属工艺学（上、下）：国防工业出版社，2012年10月 第一版第一次印刷：35
徐大山．钳工 ：合肥工业大学出版社，2007：99
中国大百科全书总编辑委员会．中国大百科全书 矿冶：中国大百科全书出版社，2002：277-279
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