热处理实验报告

热处理实验报告实验报告 课程名称： 材料科学基础2实验 指导老师： 成绩：实验名称：铸钢件的制备热处理及性能与显微组织检测实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的1、了解铸钢件制备技术2、了解铸钢件热处理工艺3、了解铸钢件的性能指标及检测方法4、掌握金相试样制备方法并了解普通碳钢的金相显微组织二、实验原理（一）铸钢的熔炼1、电弧炉熔炼电弧炉熔炼可采用电弧加热，金属炉料在电弧高温下发热、熔化、过热。电弧炉熔炼工艺可分为熔化期、氧化期和还原期。熔化期主要任务是熔化金属材料，并通过造渣来除去钢液中的一部分磷；氧化期的主要任务是提高钢液温度，去除钢液中的气体以及夹杂物。脱硫，在氧化期中往钢液中加入铁矿并吹氧，钢液中的碳与矿山或氧气的氧化反应生成大量一氧化碳气泡，气泡上浮过程中吸收钢液中的气体以及夹杂物并上浮至钢液表面进入炉渣，达到精炼钢液的目的。氧化期中还需要加入石灰石造渣，其目的是除去钢液中的有害元素硫；还原期的主要任务是脱氧、调整成分，由于氧化期中加入了大量的铁矿石并吹氧，钢液中的氧化铁含量急剧增加，氧化期结束时，钢液中含氧量很高，为了保证钢液质量，必须对钢液进行脱氢处理。还原其脱氧工艺主要以扩散脱氧为主，扩散脱氧的主要原理是降低钢液表面炉渣的氧化铁含量，使钢液中的氧向炉渣扩散，从而降低钢液的含氧量。 2、中频感应熔炼炉熔炼中频感应熔炼炉是利用感应加热来熔炼金属材料，感应炉内的金属材料在感应圈产生的交变磁场的作用下会发热、熔化，由于是感应加热，材料熔化后，覆盖在刚也表面的炉渣温度很低，炉渣的冶金反应进行很慢。因此，严格意义上来说，中频感应炉熔炼钢液只是重熔，没有氧化期和还原期，也就是说没有对钢液进行精炼，为了提高钢液质量，中频感应熔炼炉熔炼钢液时往往增加了氢气精炼工艺。（二）铸造碳钢的结晶过程和铸态组织1、结晶过程铸造碳钢多为亚共析钢，其结晶过程可分为两个阶段，其一次结晶和二次结晶（参看铁碳相图） 一次结晶：当钢液温度降至液相线，有高温铁素体析出，温度降至包晶温度时，发生包晶转变，生成奥氏体。温度继续下降，穿过液固两相区，成为单一奥氏体组织。 二次结晶：当温度下降至，共析转变温度时，先有共析铁素体析出。再发生共析转变，形成珠光体。 2、铸态组织碳钢逐渐的铸态组织的特征是晶粒粗大，有些情况下还存在魏氏组织或网状组织。 1）晶粒粗大与热处理后的组织相比，铸态组织的晶粒较粗大，而且存在柱状晶区。晶粒粗大则晶界的比表面积较小，因而钢的强度较低，柱状晶具有各向异性，在横向上的力学性能特别是韧性较低，在经受外力冲击作用时，易沿晶界发生断裂。这种铸态组织特征在厚壁铸件上尤为明显，铸件壁越厚，则铸态下的性能越差，因此碳钢件一般需经热处理后才能使用。 图1 铁-碳相图2.魏氏（或网状）组织铸造碳钢在二次结晶过程中，当温度通过奥氏体加铁素体两相区时，共析铁素体的析出会因钢的含碳量和冷却速度不同而长成不同的形态，通常有粒状、条状（魏氏体）和网状三种。这三种组织的形态及形成条件如下：1）粒状组织在所有的形态中，这种形态的晶粒具有最小的表面能，因此是最稳定的形态。但在奥氏体晶粒中形成这种形态的铁素体，需要有较大规模的原子扩散，其中包括碳原子的自扩散。实际上只有在含碳量低而且壁又厚的铸钢件中，才会在铸态下得到这种组织。2）魏氏体组织装订线 铁素体在奥氏体晶粒内部以一定的方向呈条状析出。这种形态的铁素体常出现在中等含碳量的铸件中。特别是壁较薄的铸件中。在这样的条件下，铁素体易于以奥式体晶格中的几个铁原子密排的晶面为惯性面析出，这样形成铁素体相只需进行较近程的原子扩散过程。魏氏体组织属亚稳定组织，通过热处理，可以转变为更稳定的粒状组织。1）网状组织铁素体在原奥氏体的晶界处析出。由于奥氏体晶界上晶格缺陷多，且组织疏松，故易于铁素体新相的形核和铁原子的聚集，从而为网状组织的形成创造条件。（三）铸造碳钢的热处理碳钢铸件热处理的目的是细化晶粒，消除魏氏体组织和铸造应力。热处理方法有退火、正火或正火加回火。1、退火将铸件加热至奥氏体区温度并保温一段时间，然后随炉冷却。加热温度是奥氏体上临界温度以上30-50度。加热温度不能过高或过低。加热温度过低时，不能完成由珠光体到奥氏体的转变，晶粒不能细化，魏氏（或网状）组织不能消除；加热温度过高时，又会使钢的晶粒粗化，当出现这些情况时，都会使钢的性能下降。保温时间的长短应该是有足够的时间完成珠光体向奥氏体的转变。具体时间应按铸件壁厚而定；一般情况下。25mm 厚的时间大约需要1小时的保温时间。壁厚超过25mm ，每增加25mm 厚度，需相应增加一小时的保温时间。保温时间达到后，铸件随炉冷却。待炉冷至200-300度以下时可以出炉，在空气中进一步冷却至常温。2、正火正火所采用的加热温度以及保温时间与退火相同，不同之处是保温时间达到后将铸件拉出炉外空冷至常温。正火的作用与退火相同，但由于冷却速度快，钢的晶粒比退火更细，而且使得奥氏体能在较低的温度下发生共析转变，因而能得到分散度更大的珠光体（即索氏体）。由于这些原因，正火处理的钢的力学性能，特别是韧性要比退火处理的钢更高一些。3、正火加回火为了进一步提高钢的性能，可采用在正火后加以回火的热处理工艺。回火温度为550-650度。在此温度下保温时间一般为2-3小时。回火能使钢的性能进一步提高的原因是，通过正火得到的索氏体中的渗碳体片在回火温度下具有转变成颗粒状的自然趋势。经过一段时间以后，原来的片状索氏体转变为粒状索氏体，从而使钢的性能得到进一步提高。 三、实验设备试验设备主要有：真空感应熔炉炼炉、直读光谱仪、箱式热处理炉、金相显微镜、金相预磨机、金相抛光机、锯床及铣床等。 四、实验过程 1、将一定配方的炉料放入真空感应熔炉炼炉中熔化，用直读光谱仪检测钢液成分，当钢液温度达到1550度时，浇入到钢模中。2、将钢模中的铸件放入箱式热处理炉中进行热处理，处理温度为820度，保温2.5小时。3、利用锯床将铸件切割成所需要的尺寸。4、将铝样品放入炉中加热至400度并保温20分钟，取出后淬冷装订线 5、将切割好的钢样品放入炉中加热至420度并保温20分钟，取出后空冷6、将切割好的铸件块预磨、抛光，进行金相试验。五、结果分析 100X 500X金相分析:图中黑色较大块片状斑点是珠光体，白色大块为铁素体。另外还有黑色小点，境界上的是渗碳体,其余的为污渍。装订线