金属材料的热处理实验报告

试验项目：45钢淬火及回火前后硬度测量

45号钢的热处理

一、试验目的

1.了解硬度测定的基本原理及应用范围。

2.了解洛氏硬度试验机的主要结构及其操作方法。

3.初步建立碳钢的含碳量与其硬度间的关系。

4.分析淬火温度的选择对刚性能的影响。

5.研究冷却条件刚性能的关系。

二、实验仪器及材料

1.HR—150A型洛氏硬度试验机。

2.试样:Φ20×10mm 45钢。

3.加热炉。

4.磨砂纸

5．冷却液：水（20?C左右）。

HR-150A型洛氏硬度计主要零部件

1.机身 2.加荷手柄 3.升降手把4.手轮5.丝杠保护套（内有丝杠）6.待测试件7主轴

8.小杠杆9.大杠杆10.调整块11.定位标记12.吊环13.螺钉14.砝码变换器15.砝码

16.油针17.油毡18.后盖19.缓冲器20.卸荷手柄21.压头22.上盖23.指示表

24变荷手柄25.工作台

三、 实验原理

热处理是一种很重要的金属热加工的工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。其基本工艺方法可分为退火、淬火及回火等，本次试验要求淬火与回火。

（一）钢的淬火

钢的淬火：淬火就是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30~50?C，保温后放入各种不同的冷却介质中快速冷却(V冷＞V临)，以获得具有高硬度、高耐磨性的马氏体组织。碳钢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：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。

1、 淬火温度的选择

正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据Fe-Fe3c相图确定（如图3-1所示）。对45#钢的亚共析钢，其加热温度为

Ac3+30~50?C，此实验采用的加热温度为830?。若

加热温度不足（低于780?C的Ac3温度），则淬火

组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低；

但过高的加热温度（如超过Acm）不仅无助于强度、

硬度的增加，反而会由于产生过多的残余奥氏体

而导致硬度和耐磨性的下降。

2、 保温时间的确定

淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所

需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所用的加热介质、加热方法等因素有关，一般按经验公式加以估算。（经验公式：加热温度为800?C的圆柱形工件，保温时间为1.0分钟/每毫米）。

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，以减少内应力，防止变形和开裂。为保证淬火效果，应选用适当的冷却介质（如水、油等）。此实验的淬火冷却介质选用水。

考虑到实验中加热炉的极限温度，将加热温度定在800 ?C，保温15分钟后进行水冷。

(二)钢的回火

钢经经淬火后得到的马氏体组织质硬而脆,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引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。因此淬火钢必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同的组织和性能。

低温回火：回火温度150~250?C；回火后的组织为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物；性

能特点是硬度高，内应力减少。

中温回火：回火温度350~500?C；回火后的组织为回火屈氏体；性能特点是硬度适中，

有高的弹性。

高温回火：回火温度500~650?C；回火后的组织为回火索氏体；性能特点是具有良好塑

性、韧性和一定强度相配合的综合性能。

对碳钢来说，回火工艺的选择主要考虑回火温度和保温时间这两个因素。

实验所用试样较小，故回火保温时间可为30分钟，回火温度选择低温回火温度，即：150~250?C。低温回火后在空气中冷却。

回火冷却方式：碳钢回火时，一般采用在空气中冷却。

四、 实验内容与步骤：

1、 对45钢进行淬火

（1） 在进行淬火前先测量实验试样的硬度九次，并将后六次测量的数据计入

表格中。

（2）、将试样放入加热炉中，打开加热炉。使其温度上升到800 ?C开始计时。

保温15分钟。

（3）、15分钟后，取出试样对其进行水冷。

（4）、待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。

（5）、再次测量试样的硬度一共五次。并计入表格中。

2、 对45钢淬火后进行低温回火

（1）、将回火炉的温度设定在200 ?C。

（2）、待温度升到200 ?C时，将试样放入加热炉中，并开始计时。保温30分钟

（3）、30分钟后，取出试样放在指定位置进行空冷。

（4）、待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。

（5）、再次测量试样的硬度一共五次。并计入表格中。

五、实验数据记录

1、淬火前的硬度

分析：测量时，由于选择的测量点不同和人为操作因素，每次测量的数据存在误差。试样中心和边沿的硬度明显不同，测量时尽量选择中心处测量。

2、淬火后的硬度

分析：与淬火前相比，淬火后的硬度明显增大。说明适当的淬火可以增大材料的硬度。

3、回火后的硬度

分析：与淬火前相比，回火后钢的硬度明显大于钢的原始硬度，但比淬火后的硬度小些。说明回火后钢的硬度降低了。

六、分析与讨论

试验中，钢淬火加热后，必须迅速在水中冷却。这是因为谁的冷却速度快，防止奥氏体转变为珠光体而得不到需要的马氏体组织。通过淬火，钢的硬度得到了明显的提高。

淬火钢在回火过程中发生了一系列的组织变化，这必然会引起机械性能发生相应的变化。淬火钢的回火，实质上是一个软化过程，性能变化的总趋势是，随着回火温度的升高，硬度、强度降低，而塑性、韧性提高。

七、实验感想

对于我们机械学生，这是第一次比较专业的实验。因此，实验过程中大家都非常的认真投入。从中切实学习到了知识，提高了

自己的动手能力。特别是材料硬度的变化，让我们感受到了材料的魅力，增加了我们对材料的兴趣。

 

第二篇：45钢热处理的意义

为使45钢具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。它不改变45钢的外形，通过热处理能充分发挥45钢的潜力，并赋予45钢所需要的各种特殊性能，达到提高45钢质量，延长使用寿命，确保机器运行安全可靠的目的。可以这么说，几乎所有重要零件都要经过热处理，它已经广泛应用于机械工业中。“搞好热处理，零件一顶几”，说明了热处理对提高产品质量的重要性[1]。虽然随着科学技术的进步，我国的热处理生产技术也发生了深刻的变化，但是，热处理是制造业的耗能大户，通常热处理用电占企业用电总量的25~30%，工具、轴承厂等约占60%左右；同时热处理又是制造业的环境污染大户之一，对环境的污染十分严重[2]。

不仅如此，在热处理设备和实际生产水平方面与国外相比，也存在着较大的差距，还没有完全扭转热处理工艺和热处理设备落后、氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面。因此，为促进我国热处理技术的发展，我们应全面了解国内外热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”。亚温淬火作为45钢的一种强韧化工艺，正在国内外迅速发展。一方面它能提高45钢的强韧化效果，阻碍裂纹的扩展，改善有害杂质的分布，提高45钢的综合机械性能；另一方面由于其加热温度较低，因此可降低加热成本，提高能源利用率[3]。 尽管热处理能提高45钢的机械性能、消除残余应力和改善切削加工性，但是淬火加热温度、冷却介质和回火温度的选择不当及操作不当可能会出现热处理缺陷，使45钢成为不合格品或废品，造成经济损失，如果热处理缺陷不能及时发

[4]现，带有缺陷的45钢产品投入使用，可能会引起重大事故。为此本文通过研

究不同热处理工艺对45钢显微组织和性能的影响，对比不同热处理工艺条件下45钢的显微组织和机械性能，找出45钢显微组织和机械性能的影响因素和影响规律，并对热处理后的硬度、耐磨性等性能进行测试分析，最后得出制造不同零件时45钢的较佳热处理工艺。