材料改性实验.docx
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材料改性实验
材料改性工艺实践
论文
题目:
钢的端淬实验研究
姓名:
某某某
学号:
10611071xx
专业:
金属材料工程
班级:
10材料-1
指导教师:
某某某
摘要:
通过对45号钢,T10、60Si2Mn的端淬实验,将淬火后的三种试样进行打磨后在洛氏硬度计上测硬度值,并将热处理后的试样进行切割,磨制,抛光,腐蚀,在蔡司显微镜观察不同位置的组织图片,分析端淬过程中不同的冷却速度对钢淬火后组织性能的影响,实验表明:
末端的冷却速度最大,其组织为马氏体,随着冷却速度的降低组织变为屈氏体,再逐渐过渡到原始组织,其硬度值也由高变低。
关键字:
端淬;硬度;组织;性能
一前言:
45号钢是常用的中碳调质结构钢。
该钢冷塑性一般,退火、正火比调质时要稍好,具有较高的强度和较好的切削加工性,经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性,材料来源方便。
适合于氢焊和氩弧焊,不太适合于气焊。
焊前需预热,焊后应进行去应力退火。
该钢经调质处理后,其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢,但该钢淬透性较低,水中临界淬透直径为12~17mm,水淬时有开裂倾向。
当直径大于80mm时,经调质或正火后,其力学性能相近,对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性,而大型零件,则以正火处理为宜,所以,此钢通常在调质或正火状态下使用。
T10是最常见的一种碳素工具钢,韧度适中,生产成本低,经热处理后硬度能达到60HRC以上,但是,淬透性不高且淬火变形大,晶粒细,在淬火加热时不易过热,仍能保持细晶粒组织;淬火后钢中有未溶的过剩碳化物,所以耐磨性高,用于制造具有锋利刀口和有少许韧性的工具。
适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具,也可用作不受较大冲击的耐磨零件。
60Si2Mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢,强度、弹性和淬透性较55Si2Mn稍高。
60Si2Mn弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250℃以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。
本实验对三种刚进行端淬实验,分析金属材料通过不同冷却速度使其内部的组织结构发生变化以达到改善组织和性能的关系,揭示现象本质,为更深入分析材料所具有的潜在的综合机械性能,充分发挥材料使用性能。
二、实验材料及试验方法
2.1实验材料与设备
试样均为Φ25×100mm的45、T10、60Si2Mn铸坯,离试样3~5mm处是直径为28~30mm,以供淬火悬挂使用。
箱式电阻炉,虎钳,砂轮机,(人工切割),(落地式)砂轮机规格Φ250×15×32mm,转速2800r/min,功率2.2KW、抛光机,Axovert25蔡司显微镜、端淬机、洛氏硬度计。
三种试样的成分分别如表1、2、3所示:
表145#钢化学成分
C%
Si%
Mn%
Cr%
Ni%
Cu%
0.42~0.50%
0.17~0.37%
0.50~0.80%
≤0.25%
≤0.30%
≤0.25%
表2T10钢化学成分
C%
Si%
Mn%
S%
P%
0.95~1.04%
≤0.35%
≤0.40%
≤0.020%
≤0.030%
表360Si2Mn钢化学成分
C%
Si%
Mn%
Cr%
Ni%
S%
P%
0.56~0.64%
1.60~2.00%
0.60~0.69%
≤0.30%
≤0.40%
≤0.030%
≤0.035%
2.2实验方法与步骤
2.2.1加热
把45号钢,60Si2Mn,T10三个试样分别放入箱式电阻炉中,试样加热时应尽量靠近电热炉端点附近以保证热电炉测出温度,开炉门放试样,当试样颜色一致时开始计算保温时间约三十分钟后,用长柄钳子取出,三种钢的淬火温度分别为890℃,890℃,790℃。
2.2.2淬火
试样运用末端淬火法进行淬火,其原理为:
将钢的标准试样(Φ25×100mm)在自动控温箱式热处理炉加热到780℃后,迅速放入末端淬火试验机的冷却孔中,对试样的末端喷水冷却。
规定喷水管内径为12.5mm,水柱的自由高度为65mm±5mm,水温为20℃~30℃进行淬火,其示意图如图1.1所示。
由于试样仅末端淬火,所以整个圆柱沿长度方向由下而上冷却速度逐渐减小,故试样经末端淬火的组织马氏体→贝氏体→屈氏体→原始组织。
图1.1末端淬火法示意图[1]
2.2.3磨样
将加热到淬火温度后的试样取出,试样末端喷水冷却进行淬火,冷却10~15min后至室温,将淬火后的试样沿圆柱表面纵向磨去0.3~0.5mm的深度,然后经砂纸研磨,以获得平面,便于测定硬度。
试样在磨制过程中要进行冷却,以免试样产生回火而影响硬度的测量。
2.2.4测量硬度值
利用R(D)—150Al洛氏硬度计用来测量其洛氏硬度值,沿试样磨制平面的中心线进行测量,由试样水冷短(即末端起),每隔1.5mm测量一次,共三次,然后每隔3mm测量一次。
测量20组数据左右。
T10、45、60Si2Mn的硬度值数据如表4、5、6所示。
表4T10硬度值表
距冷水端距离(mm)
1.5
3.0
4.5
7.5
10.5
13.5
16.5
19.5
22.5
25.5
硬度值(HRC)
试验材料
54.0
52.0
49.0
48.5
46.0
45.6
43.4
38.4
27.6
27.1
60Si2Mn
距冷水端距离(mm)
28.5
31.5
34.5
37.5
40.5
43.5
46.5
49.5
52.5
55.5
硬度值(HRC)
试验材料
26.0
25.5
25.4
25.2
25.1
24.8
24.6
24.4
24.0
24.0
60Si2Mn
表545号钢硬度值
距冷水端距离(mm)
1.5
3.0
4.5
7.5
10.5
13.5
16.5
19.5
22.5
25.5
硬度值(HRC)
试验材料
55.5
54.5
51.0
44.5
41.0
34.6
31.4
29.4
28.6
27.9
45
距冷水端距离(mm)
28.5
31.5
34.5
37.5
40.5
43.5
46.5
49.5
52.5
55.5
硬度值(HRC)
试验材料
26.4
25.6
24.0
23.5
22.9
21.7
20.9
20.4
20.3
20.1
45
距冷水端距离(mm)
1.5
3.0
4.5
7.5
10.5
13.5
16.5
19.5
22.5
25.5
硬度值(HRC)
试验材料
56.5
56.1
42.4
41.9
39.8
37.6
36.4
35.4
34.6
30.9
T10
距冷水端距离(mm)
28.5
31.5
34.5
37.5
40.5
43.5
46.5
49.5
52.5
55.5
硬度值(HRC)
试验材料
29.4
27.6
25.8
24.5
23.6
22.7
22.4
21.8
21.8
21.6
T10
表660Si2Mn硬度值
2.2.5切样、磨样、抛光、打磨、腐蚀、拍照
将空冷后的试样从淬火端切下15mm左右,然后在砂轮机上磨出平面,在五种粗细不同的砂纸120、240、400、600、800由粗到细进行磨样,直到无划痕为止。
然后进行抛光处理,最后用硝酸酒精溶液进行腐蚀处理,最后置于Axiovert25蔡司显微镜下观察其显微组织并拍照。
3.实验结果与分析
3.145号钢
将腐蚀后的金属试样置于Axiovert25蔡司显微镜下观察其显微组织并拍照。
45号钢末端淬火状态组织(500×)
45号钢的奥氏体稳定性差,加热后需快速淬火冷却才能获得高硬度的马氏体组织45号钢的主要化学成分有含碳C:
0.42~0.50%,一定量Si。
Mn。
抗拉强度σb(MPa)≥600,屈服强度σs(MPa)≥355。
伸长率δ5(%)≥16。
45号钢是机械制造中广泛应用的中碳优质碳素结构钢。
3.2T10钢
T10钢末端淬火状态组织(200×)
T10是最常见的一种碳素工具钢,韧度适中,生产成本低,经热处理后硬度能达到60HRC以上,但是,此钢淬透性低,且耐热性差(250℃),在淬火加热时不易过热,仍保持细晶粒。
韧性尚可,强度及耐磨性均较T7-T9高些,但热硬性低,淬透性仍然不高,淬火变形大。
45钢末端淬火状态组织(500×)
3.360Si2Mn
60Si2Mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢,强度、弹性和淬透性较55Si2Mn稍高。
60Si2Mn弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250℃以下非腐蚀介质中耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。
60Si2Mn钢末端淬火状态组织(500×)
端淬火后,端部硬度HRC60以上出来的是马氏体。
中碳结构钢60Si2Mn由于具有较高的强度和良好的塑韧性,60Si2Mn作为复合模具钢的基材是不错的选择,60Si2Mn属于中碳结构钢,其传统的热处理工艺为完全淬火+高温回火,淬火后组织为板条马氏体与片状马氏体的混合。
而中碳钢经高温淬火后,会在光学金相组织中出现相互平行、成束的板条马氏体
。
4.结论
(1)通过对45号钢、T10钢、60Si2Mn加热到规定的温度保温后,经末端淬火,末端的冷却速度最大,其组织均为马氏体,随后为屈氏体,再逐渐过渡到原始组织铁素体加珠光体或珠光体加碳化物,其硬度也相应逐渐降低。
(2)在端淬过程中,钢的冷却速度由末端往上逐渐减小,其硬度值也逐渐减小,说明金属材料通过热处理改变其机械性能,从而证明金属材料改性工艺的可行性。
(3)钢的淬火温度和冷却速度对钢的组织性能具有很大的影响作用,所以钢在淬火过程中,必须将钢的淬火温度控制在合适的温度,并且要合适的冷却速度,以及合适的淬火设备,才能获得所需的组织和性能。
参考文献
[1]戴起勋.金属材料学[M],北京:
化学工业出版社,2005,99-101.
[2]刘宗昌.材料组织结构转变原理[M],北京:
冶金工业出版社.2006,236-248.
[3]凤仪.金属材料学[M],北京:
国防工业出版社,2009,72-73.
[4]左汝林,曾军,张建斌等.金属材料学[M],重庆:
重庆大学出版社,2008,52-55.
[5]赵丽萍。
金属材料学[M],北京:
北京大学出版社.2012,121-147.
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