1. 实验材料试样 :20MnTiB, 其主要成分见表 3.1 表 MnTiB 主要成分表成分 C Si Mn Ti B w% 含量 0.17~ ~ ~ ~ ~ 实验设备 (1) 箱式电炉 ; (2

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亿要孙
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1 20MnTiB 热处理实验报告组员 : 郭宇涛陈挺代振邦郑鸿鹏刘迪陶思颖王伟成袁锐杨诚智张玮童庞卓锐梅传能董金剑实验日期 : 指导老师 : 陈秋龙周伟敏实验成绩 : 一实验目的 1. 了解 20MnTiB 的基本热处理 ( 淬火和回火 ) 工艺方法 2. 研究冷却方式对 20MnTiB 性能的影响 3. 分析淬火及回火温度对 20MnTiB 性能的影响二实验原理 1. 淬火所谓淬火就是将钢加热到 Ac3( 亚共析钢 ) 或 Ac1( 过共析钢 ) 以上 30~50, 保温后放入各种不同的冷却介质中 ( V 冷应大于 V 临 ), 以获得马氏体组织经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成为了正确地进行钢的淬火, 必须考虑下列三个重要因素 : 淬火加热的温度保温时间和冷却速度 (1) 淬火温度的选择选定正确的加热温度是保证淬火质量的重要环节淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量, 可根据铁碳相图确定对亚共析钢, 其加热温度为 A c3 +30~50, 若加热温度不足, 则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低对过共析钢, 加热温度为 A c1 +30~50, 淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性 (2) 保温时间的确定淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和加热时间与钢的成分工件的形状尺寸所需的加热介质及加热方法等因素有关 (3) 冷却速度的影响冷却是淬火的关键工序, 它直接影响到钢淬火后的组织和性能冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度, 以保证获得马氏体组织 ; 在这个前提下又应尽量缓慢冷却, 以减少钢中的内应力, 防止变形和开裂不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却速度有所差别 2. 回火钢经淬火后得到的马氏体组织硬而脆, 并且工件内部存在很大的内应力, 如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂 ; 一些精密的零件在使用过程中将会由于变形引起尺寸变化而失去精度, 甚至开裂因此钢淬火后必须进行回火处理不同的回火工艺可以使钢获得所需的性能三实验材料和设备

2 1. 实验材料试样 :20MnTiB, 其主要成分见表 3.1 表 MnTiB 主要成分表成分 C Si Mn Ti B w% 含量 0.17~ ~ ~ ~ ~ 实验设备 (1) 箱式电炉 ; (2)HV 硬度机 ; (3) 冷却介质 : 水油等 ; (4) 金相显微镜及数码照相系统磨光机及金相砂纸 ; (5) 抛光机及抛光液 ; (6) 浸蚀剂酒精玻璃器皿竹夹子脱脂棉滤纸等 ; 四实验内容和步骤 1. 根据淬火条件不同, 分别对试样进行淬火处理, 淬火方案见表 4.1; 保温时间 5min 保温时间 20min 组别淬火温度 ( ) 冷却方式组别淬火温度 ( ) 冷却方式炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷表 4.1 淬火处理方案 2. 对进行 880 淬火,20min 保温的水冷样品分别在 200,400 和 600 进行回火实验 ; 3. 在 HV 硬度机上测定所有样品的硬度值并记录 ; 4. 在金相显微镜下观察所有样品的显微组织 ; 五实验结果与分析

3 1. 硬度数据记录 (1) 淬火处理保温时间 5min 材料综合实验保温时间 20min 组别淬火温度冷却方式 HV 硬度组别淬火温度冷却方式 HV 硬度炉冷炉冷空冷空冷水冷水冷油冷油冷炉冷炉冷空冷空冷水冷水冷油冷油冷炉冷炉冷空冷空冷水冷水冷油冷油冷 (2) 回火处理组别淬火温度冷却方式保温时间回火温度 HV 硬度水冷 20min 水冷 20min 水冷 20min 实验分析 ( 一 ) 保温时间 5min 的样品结果分析硬度分析由表格中的数据, 可以看出在保温温度相同时, 样品的硬度会随冷却方式的不同而发生变化其中水冷后样品的硬度最大, 油冷其次原因为在水和油这两种介质中热传递较快, 导致温度梯度大, 冷却速度快, 马氏体含量增加, 珠光体含量较少, 从而使得样品硬度升高而水冷比油冷后样品硬度更高是因为水的热容比油更高, 导致水冷的散热效果更好, 冷却速度比油更高空冷的硬度位列第三, 炉冷最末, 可以看出空气的热容与导热系数低于水和油, 但是相比于在炉中温度梯度更大, 使得样品在空气中的冷却速度大于炉中, 晶粒更细小, 样品的硬度也更高在冷却方式均为空冷时, 样品硬度随保温温度增大而增大原因为在空气中导热系数小, 从而温度梯度成为冷却速率的主导因素, 保温温度越高, 温度梯度越大, 冷却速率也越高, 使得马氏体含量增加, 硬度升高在冷却方式均为水冷或油冷时, 介质的导热系数增大, 成为影响冷却速度的主要因素, 而保温温度对冷却速度不大高的保温速度提供了更多热量, 有利于晶粒的长大, 从而使得样品的硬度会随着保温温度的增加反而有所降低而在温度较高 (880 及以上 ) 时, 晶粒的长大趋于饱和, 因此硬度值在此保温温度范围内变化不大

且对比可得水冷的样品中马氏体的含量更多, 晶粒也更小, 说明水冷的冷却速度更快,

4 显微组织分析 (1) 同一保温温度不同冷却方式对显微组织的影响 ( 以 880 为例, 取 500 倍放大倍数 ) 880 炉冷 880 空冷 880 油冷 880 水冷由图可得, 在炉冷和空冷时, 样品的显微组织为球状珠光体, 无马氏体, 说明冷却速度较慢, 不足以产生马氏体且对比可知空冷时样品的晶粒比炉冷是晶粒更细小, 说明相对来说空冷的冷却速度比炉冷更快, 样品硬度也更高在水冷和油冷的照片中可以看出有马氏体产生, 说明此时冷却速度快, 且对比可得水冷的样品中马氏体的含量更多, 晶粒也更小, 说明水冷的冷却速度更快, 样品硬度也更高 (2) 同一冷却方式下不同的保温温度对显微组织的影响 ( 以空冷和水冷为例, 温度值取 880 和 980,500 倍放大倍数照片 )

空冷 : 880 空冷 980 空冷由图像可得,880 空冷时, 显微组织为球状珠光体, 在 980 时显微组织中出现了马氏体, 进一步提高硬度因此金相显微照片的结果同硬度分析相符水冷 : 880 水冷 980 水冷由图可得, 在 880 与 980 水冷时的显微组织均出现了马氏体, 且两者含量差不多, 因此硬度值也应相近, 与硬度分析结果一致 ( 二 ) 保温时间 20min

5 空冷 : 880 空冷 980 空冷由图像可得,880 空冷时, 显微组织为球状珠光体, 在 980 时显微组织中出现了马氏体, 进一步提高硬度因此金相显微照片的结果同硬度分析相符水冷 : 880 水冷 980 水冷由图可得, 在 880 与 980 水冷时的显微组织均出现了马氏体, 且两者含量差不多, 因此硬度值也应相近, 与硬度分析结果一致 ( 二 ) 保温时间 20min 的样品结果分析硬度分析保温时间 20min 的样品的整体硬度趋势与 5min 处理相同, 但是整体硬度小于保温时间 5min 的样品分析原因为 : 保温时间过长, 一次碳化物会进一步溶解到奥氏体中, 奥氏体含碳量增多, 发生马氏体转变的 Ms 点降低, 淬火后马氏体量减少, 残余奥氏体量增多, 使得硬度值下降同时保温时间延长, 二次碳化物出现聚集和长大, 强化效果下降, 会降低基体硬度保温时间过长, 奥氏体基体的晶粒长大, 其后转变得到的马氏体相对粗大, 这也软化了基体, 使基体的显微硬度降低, 导致硬度下降显微组织分析 (1) 同一保温温度不同冷却方式对显微组织的影响 ( 以 980 为例, 取 500 倍放大倍数 )

980 炉冷 980 空冷 980 油冷 980 水冷与保温 5min 的情况相似, 在炉冷和空冷时,

(2) 不同保温时间同一保温温度对显微组织的影响 ( 以 980, 水冷为例, 取 500 倍放大倍数

6 980 炉冷 980 空冷 980 油冷 980 水冷与保温 5min 的情况相似, 在炉冷和空冷时, 样品的显微组织为球状珠光体, 无马氏体, 说明冷却速度较慢, 不足以产生马氏体在水冷和油冷的照片中可以看出有马氏体产生, 说明此时冷却速度快, 且对比可得水冷的样品中马氏体的含量更多, 晶粒也更小, 说明水冷的冷却速度更快, 样品硬度也更高 (2) 不同保温时间同一保温温度对显微组织的影响 ( 以 980, 水冷为例, 取 500 倍放大倍数 ) 保温 5min 保温 20min 对比两图发现, 显微组织结构并无明显差异, 但经过细致观察发现保温 20min 显微组织中的马氏体晶粒相对粗大, 因此硬度也更低

( 三 ) 回火样品结果分析硬度分析组别淬火温度冷却方式保温时间回火温度 HV 硬度 1 880 水冷 20min 未处理 413.

9333 回火之后的硬度明显降低, 并且回火温度越高, 硬度越低在 200 以下回火, 硬度下降缓慢, 这是由于 α 固溶体析出大量的 ε 碳化物,

共格破坏以及渗碳体聚集长大, 使硬度快速下降显微组织分析 ( 以 500 倍放大的金相显微组织结构为例进行分析 ) 未回火处理 200 回火 400 回火 600

转变大致分为五个阶段 : 1 马氏体中碳原子的偏聚 ; 2 马氏体的分解 ; 3 残余奥氏体的转变 ; 4 碳化物的转变 ; 5 碳化物的聚集长大和 α 相回复

7 ( 三 ) 回火样品结果分析硬度分析组别淬火温度冷却方式保温时间回火温度 HV 硬度水冷 20min 未处理水冷 20min 水冷 20min 水冷 20min 回火之后的硬度明显降低, 并且回火温度越高, 硬度越低在 200 以下回火, 硬度下降缓慢, 这是由于 α 固溶体析出大量的 ε 碳化物, 增大塑性变形抗力, 使硬度下降延缓 200~300 回火由于残余奥氏体分解为回火马氏体的硬化作用, 硬度下降趋势平缓 300 以上回火, 随着 ε 碳化物变为渗碳体, 共格破坏以及渗碳体聚集长大, 使硬度快速下降显微组织分析 ( 以 500 倍放大的金相显微组织结构为例进行分析 ) 未回火处理 200 回火 400 回火 600 回火钢经淬火后的室温组织是马氏体和残余奥氏体, 都是亚稳相一旦进行加热, 原子扩散能力加强, 会自发向稳定相铁素体和渗碳体转变随回火温度升高, 转变大致分为五个阶段 : 1 马氏体中碳原子的偏聚 ; 2 马氏体的分解 ; 3 残余奥氏体的转变 ; 4 碳化物的转变 ; 5 碳化物的聚集长大和 α 相回复再结晶在低温回火 (150~350 ), 得到回火马氏体组织回火马氏体在光学显微镜下呈暗黑色条片状组织低温回火后, 只是碳原子的偏聚, 与淬火马氏体没有显著区别, 但回火马氏体比淬火马氏体易受腐蚀, 故显微组织比淬火马氏体颜色更黑

8 在中温回火 (350~500 ) 后, 得到回火屈氏体组织由于马氏体分解过饱和固溶碳原子析出渗碳体, 渗碳体聚集长大并球化, 条状 α 相上分布着微细粒状渗碳体, 但光学显微镜下难以分辨在高温回火 (500~650 ), 得到回火索氏体组织这时 α 相发生再结晶, 由等轴状铁素体逐步代替针状 α 相其显微组织是由细粒状渗碳体和等轴状铁素体所构成的复相组织, 光学显微镜下能分辨出渗碳体颗粒六实验结论 1. 淬火条件影响样品的组织和性能淬火温度及冷却速度 ( 选择有效的冷却介质 ) 适宜时, 生成细小的马氏体组织, 回火后力学性能较好淬火温度低, 发生不完全淬火, 组织为马氏体 + 铁素体组织, 硬度也低, 力学性能较差淬火温度较高时, 形成粗大奥氏体, 由于组织的遗传性, 淬火后形成粗晶马氏体组织冷却速度过慢, 形成的马氏体不完全 2. 回火温度影响样品的组织和性能根据回火温度分为低温回火, 中温回火, 高温回火分别生成回火马氏体, 回火屈氏体, 回火索氏体回火马氏体晶粒, 硬度强度最高 ; 回火屈氏体晶粒介于两者之间, 硬度强度中等 ; 回火索氏体板条粗大, 强硬度最低

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<4D F736F F D20BDF0CAF4D1A7D3EBC8C8B4A6C0EDCAB5D1E9D6B8B5BCCAE E646F63> 金属学与热处理实验指导书张学萍毕鉴智沈阳理工大学二 O O 七年九月 - 1 - 前言本书是根据金属学与热处理课程的有关内容为提高实验教学质量加强实验教学环节而编写的在内容上基本符合教学大纲的要求本实验指导书内容侧重于金相实验技术基本操作方法热处理及金相显微组织的观察, 使学生在金相实验基本技能方面得到初步训练并有利于巩固和深化课堂学到的知识, 而热处理综合实验不仅能使学生建立起完整的知识体系,

1. 实验材料 试样 :20MnTiB, 其主要成分见表 3.1 表 MnTiB 主要成分表 成分 C Si Mn Ti B w% 含量 0.17~ ~ ~ ~ ~ 实验设备 (1) 箱式电炉 ; (2

1. 实验材料试样 :20MnTiB, 其主要成分见表 3.1 表 MnTiB 主要成分表成分 C Si Mn Ti B w% 含量 0.17~ ~ ~ ~ ~ 实验设备 (1) 箱式电炉 ; (2