钢的热处理综合性实验报告

《工程材料》实验报告

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机械工程学院材料成型实验室

钢的热处理综合性实验

一、 实验目的

1.熟悉钢的正火、退火、淬火、回火热处理操作；

2.熟悉洛氏硬度计和维氏硬度计的测试原理和操作方法； 3.熟悉金相试样的制备和显微镜的使用；

4.分析钢经不同热处理后的显微组织和力学性能变化规律； 5.分析合金元素在钢中的作用规律。

二、实验仪器

1.洛氏硬度计（型号：Hr-150） 2.维氏硬度计（型号：Hv-120） 3.金相显微镜（型号：IE200M） 4.抛光机（型号：P-1） 5.砂轮切割机（型号：QG-1） 6.镶嵌机（型号：XQ-2B） 7.热处理炉（型号：SX24-13）

三、实验材料

1.45钢和40Cr钢

2.砂纸（型号和粒度：DP22 400cw 600cw 800cw 2000cw） 3.抛光粉：氧化铝 4.腐蚀剂：4%硝酸

四、实验内容

将45钢和40Cr钢试样放入热处理加热炉（型号：SX24-13），加热到850℃保持20min后，分别进行水冷、油冷和炉冷。将水冷的试样分别放入200℃、400℃和600℃回火炉（型号：RJC108）中保持30min，出炉水冷。采用砂轮切割机，将经不同热处理后的试样从中间切开，在剖开的截面上利用洛氏硬度计分别测量试样心部、1/2R处和表层处硬度值。填入表1中。采用砂纸，将试样表面磨光，然后抛光、腐蚀（腐蚀剂：4%硝酸溶液），在显微镜下观察金相组织，采用维氏硬度计测量试样不同区域的维氏硬度值，记录在表1中。

五、实验结果

45和40Cr钢热处理实验结果见表1 。

表1 45钢和40Cr钢热处理实验结果

材料

热处理工艺

850℃×20min，炉冷 850℃×20min，空冷 850℃×20min，油冷

硬度值，HRC 表层

6.70 15.57 32.83 44.20 44.00 37.67 24.03 13.92 19.07 51.17 58.23 52.87 48.07 42.68

1/2R处

9.15 10.57 29.68 41.00 37.17 36.85 21.98 12.47 19.71 51.92 54.46 55.97 52.81 44.67

中心

8.81 8.62 27.75 39.4 34.08 34.06 21.02 10.71 19.84 51.85 52.89 56.07 51.74 47.05

45钢 850℃×20min，水冷

850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷

850℃×20min，炉冷 850℃×20min，空冷 850℃×20min，油冷

40Cr钢 850℃×20min，水冷

850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷

六、实验报告要求

1.提交电子版实验报告，个人直接发送至我qq邮箱： 2.表1数据和所照样品的金相照片同组可以共享；

3.结果分析部分，同学之间可以口头讨论，但不得复制他人的实验报告内容，否则，实验成绩以0分计，切记！！！

4.结果分析部分排版要美观，图要有图号和图题，且图号和图题放在图的下方。行间距和字间距、字体大小同本文档，不要调整。

5.实验报告文件名命名：姓名+学号+钢的热处理综合性实验报告 七、实验结果分析

（一）现象：45钢与40Cr相同加热条件热处理后的硬度大小均为：空冷<炉冷<油冷<水冷，即相同加热条件下，热处理冷却速度越快，处理后的硬度越高。

原因：通过共析钢的C曲线可看出，冷却较慢时，奥氏体最终得到的室温

组织为塑性、韧性较好而强度、硬度较低的珠光体；冷却速度较快时，得到的室温组织为强度、硬度高而塑性、韧性差的马氏体。

如下图为45钢分别用四种热处理方式冷却后，1/2R处的金相照片。

退火-炉冷 正火-空冷 淬火-油冷 淬火-水冷

如下图为40Cr钢分别用四种热处理方式冷却后，1/2R处的金相照片。

退火-炉冷 正火-空冷 淬火-油冷 淬火-水冷 （二）现象：相同热处理工艺下，45钢硬度低于40Cr钢。

原因：Cr元素能够使c曲线右移，降低临界冷却速度，提高淬透性；能

够强化铁素基体并且形成碳化物从而增强钢的强度和硬度。

如下图为45钢（左）与40Cr钢（右）炉冷处理后，1/2R处的金相照片。

（三）现象：回火处理会使钢的硬度降低，且回火温度越高，硬度越低。

原因：低温回火时，马氏体将发生分解，从马氏体中析出碳化物，使马氏

体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体集体上，即为回火马氏体。中温回火时，碳化物溶解于铁素体中，过饱和铁素体转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状渗碳体的组织，即为回火托氏体。高温回火时，碳化物发生聚集长大，铁素体发生多边形化，由针片状转变为多边形，生成回火索氏体。马氏体硬度最高，托氏体次之，索氏体硬度最低。

如下图为45钢不同温度回火处理后，1/2R处的金相照片。

200℃ 400℃ 600℃ （四）现象：相同材料的钢，回火处理前硬度：表面>1/2R>中心；回火处理后硬度：中心>1/2R>表面。

原因：受淬透性影响，45钢和40Cr钢均不能被完全淬透，因此淬火处理

后表面为硬度较高的马氏体，内部还有残余奥氏体，所以导致表面硬度大于半径处大于中心处；回火处理后组织由马氏体变为回火马氏体或托氏体、索氏体，硬度下降，同样受淬透性影响，表面处组织转变比内部完全，硬度下降较为厉害，同时内部残余奥氏体在200℃-300℃回火时转变为回火马氏体，内部硬度上升，所以导致回火后表面硬度小于半径处小于中心处。

如下图分别为45钢与40Cr钢在400℃回火前与回火后，1/2R处的金相照片。

45钢淬火水冷 45钢回火

40Cr钢淬火水冷 40Cr钢回火