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1、 实验项目 GCr15、2Cr13钢热处理综合实验 实验日期 2014年5月29日 实验地点 热处理实验室，金相组织观察实验室、材料性能实验室 指导教师 王春艳 一、实验目的 1.了解热处理设备及温度控制方式。 2.掌握热处理操作过程。 3.进一步掌握合金钢热处理工艺后的组织形态和性能。 二、实验仪器设备 设备仪器：箱式电炉、金相显微镜、抛光机、冷却介质、洛氏硬度计、4%的HNO3酒精溶液、含FeCl3。 试样材料：GCr15钢，2Cr13钢 三、 实验原理 1. 热处理 通过加热、保温和冷却的方法使金属和合金内部组织结构发生变化，以获得工件使用
2、性能所要求的组织结构，这种技术称为热处理工艺。 热处理工艺可分为普通热处理，化学热处理，表面热处理，复合热处理四种。其中普通热处理包括退火、正火、淬火、回火以及固溶处理、时效处理等。 2. 淬火 把钢加热到临界温度Ac1或Ac3以上，保温一段时间，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。 淬火的目的是提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。实现淬火的必要条件是加热温度必须高于临界点以上，以获得奥氏体组织，其后的冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火到马氏体或下贝
3、氏体组织。 3. 回火 将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却；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的金属热处理工艺称为回火。 回火的目的是减低或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。工件在150~350℃进行的回火称低温回火，目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性；在350～500℃之间进行的回火称中温回火，目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性；工件在500℃以上进行的回火称高温回火，目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。 四、 实验内容
4、或步骤 GCr15 1. 焊前准备：式样1测量并记录硬度；式样2进行金相组织观察。 2. 淬火：将两式样放入840℃加热炉内保温30min后，取出油冷约5min。 3. 用砂纸磨去式样1氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。 4. 回火：式样2放入180℃加热炉内进行低温回火，保温2h后取出空冷。 5. 用砂纸磨去式样2氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。 6.金相观察：细磨后GCr15用4%的HNO3酒精溶液腐蚀约10s后，用清水冲洗干净，吹干后进行金相组织观察。 2Cr13 1. 焊前准备：式样3测量并记录硬度；式样4进行金相组织观察。 2. 淬火：将
5、两式样放入940℃加热炉内保温30min后，取出油冷约5min。 3. 用砂纸磨去式样3氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。 4. 回火：式样4放入650℃加热炉内进行高温回火，保温90min后取出空冷。 5. 用砂纸磨去式样4氧化层，进行金相组织观察后，测量并记录硬度。 6.金相观察：细磨后2Cr13用含FeCl3腐蚀约10s3min后，用清水冲洗干净，吹干后进行金相组织观察。 五、实验数据 1.硬度HRC 表1 GCr15钢热处理前后硬度 状态 硬度 1 2 3 平均 原件 59.0 59.1 59.3 59.1 淬火后 80.1
6、 80.8 80.7 80.5 回火后 79.8 79.4 78.9 79.4 表2 2Cr13钢热处理前后硬度 状态 硬度 1 2 3 平均 原件 50.3 50.6 50.3 50.4 淬火后 73.4 74.3 74.3 74 回火后 63.4 63.2 63.3 63.3 六、 金相照片及组织分析 1.金相照片 状态 材料 GCr15 2Cr13 原件 100μm 100μm 100μm 100μm 100μm 100μm 淬火后 100μ
7、m 100μm 100μm 100μm 100μm 100μm 回火后 100μm 100μm 100μm 100μm 100μm 100μm 2. 组织分析 (1) GCr15钢合金含量较少、具有良好性能，经过淬火加低温回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。 (2) GCr15等温淬火组织为下贝氏体+碳化物+少量马氏体+极少量残余奥氏体，淬火变形很小，强度高，韧性好。 GCr15低温回火，马氏体分解，残余奥氏体转变，碳化物转变工艺特点为强调硬度取下限，强调韧性取上限。 (3) 2Cr13属于不锈铁，
8、硬度好，经过淬火处理后可以得到更好的机械性能，具有较好的可加工性，组织形态为马氏体型。 2Cr13处理应为淬火+高温回火，组织应为回火索氏体+未溶块状铁素体，会很大程度上影响该材料使用时耐腐蚀性。 七、实验结果分析 1.常用的淬火冷却方式有哪些？说明各自的特点及应用范围。 （1)单液淬火法 工件在一种介质中冷却。优点是操作简单，易于实现机械化，应用广泛；缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。 （2)双淬火介质淬火 工件先在较强冷却能力介质中冷却到MS点左右，再在一种冷却能力较弱的介质中
9、冷却。优点是先水淬后油淬，可有效减少马氏体转变的内应力，减小工件变形开裂的倾向；缺点是难以掌握双液转换的时刻。可用于碳钢制的大型工件。 (3)分级淬火 工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓冷至室温，发生马氏体转变。该方法使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。分级淬火只适用于尺寸小的工件。 (4)等温淬火 工件淬火加热后，长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织。等温淬火目的是为了获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低碳钢
10、一般不采用等温淬火，主要用于中碳以上的钢。 (5)喷射淬火法 向工件喷射水流的淬火方法，水流可大可小，视所要求的淬火深度而定。该方法不会在工件表面形成蒸汽膜，这样就能保证得到比普通水中淬火更深的淬硬层。喷射淬火法主要用于局部淬火。 2.不同的合金元素对钢热处理工艺、组织及性能有何影响？ （1）合金元素对奥氏体化的影响 1）合金元素形成碳化物的倾向愈强，在奥氏体化加热时碳化物较难溶解，即需要较高的温度和较长的时间。2）合金元素在奥氏体中的均匀化，也需要较长时间。3）钛、铌、钒、铝等元素强烈阻止晶粒粗化，其中以钛的作用最强；钨、钼、铬等中强碳化物形成元素，也显著地阻碍奥氏体晶粒粗化过程；
11、一般认为硅和镍也能阻碍奥氏体晶粒的粗化，但作用不明显；锰和磷是促使奥氏体晶粒粗化的元素。 （2）合金元素对奥氏体分解转变的影响 1）多数合金元素使奥氏体分解转变的速度减慢，即C曲线向右移，也就是提高了钢的淬透性。2）合金元素对马氏体转变的影响：增加冷却时间，降低冷却速度。3）多数合金元素均使马氏体开始转变温度降低，其中锰、铬、镍的作用最为强烈，只有铝、钴是提高Ms点。 （3）合金元素对回火转变的影响 1）提高钢的回火稳定性2）产生二次硬化3）增大回火脆性 八、教师评语 实验过程得分 实验前预习 A B C D 实验过程 A B C D 实验报告 A B C D 成 绩 指导教师签字： 年 月 日
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