《金属热处理》实验指导书材料成型及控制专业沈阳理工大学应用技术学院机运分院目录一、实验目的.................................................................................................... １二、实验设备和仪器........................................................................................ １三、实验内容及要求........................................................................................ １四、实验原理及步骤........................................................................................ １五、实验结果分析及实验报告要求 ............................................................... ４六、考核方式.................................................................................................... ５七、参考书目：................................................................................................ ５钢的热处理及硬度实验一、实验目的了解钢的热处理操作及硬度实验原理，正确设计、制定钢的淬火工艺，利用热处理炉和硬度计进行碳钢的热处理，并用硬度计检测硬度，分析硬度与热处理工艺的关联性，从而增强对热处理原理与工艺的感性认识，加深对热处理的了解。
）通过实验，使学生加深对课堂教学内容的理解，掌握热处理的基本原理和工艺基本知识，熟练使用热处理相关仪器设备。
同时可逐步提高从事本专业科学研究实验以及分析和解决实际工程问题的动手能力；提高学生将理论与实践相结合的能力。
二、实验设备和仪器1、洛氏硬度计若干台。
2、热处理管式炉、箱式炉若干台。
3、碳钢试样若干。
三、实验内容及要求实验内容：学生自行设计制定不同成分碳钢的热处理工艺，进行热处理操作，进行硬度检测实验，分析碳钢热处理工艺对组织性能的影响规律，撰写完整的实验分析报告。
实验要求：要求学生了解碳钢普通热处理(退火、正火、淬火、回火)的操作方法；了解钢在热处理时含碳量、加热温度、加热时间、冷却速度及回火温度等主要因素对钢热处理后组织与性能的影响；明确热处理过程中的操作注意事项；制订热处理工艺过程、设计操作步骤、确定工艺参数(如加热温度、保温时间、冷却速度等)；了解钢普通热处理(退火、正火、淬火、回火)下的金相组织变化和性能变化，建立金相组织、性能与热处理工艺关系的感性认识；使学生具备在指定工作条件下制定热处理工艺，以及通过热处理实践操作、硬度检测等实验过程，对相应的工艺进行初步实验、分析的能力。
为今后的学习与实践奠定理论与实践的基础。
四、实验原理及步骤１．实验原理（1）碳钢的热处理工艺种类热处理是改善金属材料的使用性能和加工性能的一种非常重要的工艺方法。
在机械工业中，绝大部分重要的机件都必须经过热处理。
热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。
碳钢的热处理工艺种类有退火、正火、淬火、回火等，其目的和操作各不相同。
淬火、回火一般可提高钢的硬度强度，正火退火一般为预备热处理，可改善材料工艺性能及力学性能。
为了使钢件在热处理后获得所需要的性能，大多数热处理工艺（如淬火、正火和普通退火等）都要将钢件加热到高于临界点温度，以获得全部或部分奥氏体组织并使之均匀化，这个过程称为奥氏体化。
然后通过不同的冷却制度，使奥氏体转变为不同的组织（包括平衡组织与不平衡组织），从而获得所需的性能。
亚共析钢、过共析钢的奥氏体形成，以及先共析铁素体或二次渗碳体继续向奥氏体转变或溶解的过程，只有加热温度超过A3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）后，才能全部转变或溶入奥氏体。
特别地，对过共析钢，在加热到Acm以上全部得到奥氏体时，因为温度较高，且含碳量多，使所得的奥氏体晶粒明显粗大。
（2）碳钢的热处理工艺制定原则亚共析钢淬火：淬火温度为Ac3+30-50℃。
共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+30-50℃。
如图1所示。
图1碳钢淬火温度范围。
（3）硬度测试原理硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前工程上，测定硬度最常用的方法是压入法，该方法所表示的硬度是指材料表面抵抗硬物压入的能力。
硬度试验设备简单，操作迅速方便，又可以直接在零件或工具上进行试验而不破坏工件，并且还可以根据硬度值估计材料的近似抗拉强度和耐磨性。
此外，硬度与材料的冷成型性、切削加工性、可焊性等工艺性能间也存在着一定的联系，可作为选择加工工艺时的参考。
由于以上原因，所以硬度试验在实际生产中作为产品质量检查、制定合理加工工艺的最常用的重要试验方法。
在产品设计图样的技术条件中，硬度也是一项主要技术指标。
测定硬度的方法很多，生产中应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
●布氏硬度布氏硬度试验通常是以一定的压力F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d的压痕，见图2-2。
载荷除以压痕表面积所得之值即为布氏硬度，以HB表示。
单位为MPa，但习惯上不标出。
用钢球为压头所测出的硬度值以HBS表示；以硬质合金球为压头所测得的硬度值以HBW表示，HBS和HBW前面的数字代表其硬度值。
HBS适用于测量退火、正火、调质钢及铸铁、有色合金等硬度小于450HB的较软金属；HBW 适用于测量硬度值在650HB以下的材料。
布氏硬度试验的优点是测定结果较准确，不足之处是压痕大，不适合成品检验。
●洛氏硬度洛氏硬度试验是以一定的压力将一特定形态的压头压入被测材料的表面，如图3所示。
根据压痕的深度来测量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低，反之硬度愈高。
被测材料的硬度可直接在硬度计刻度盘上读出。
图2 布氏硬度试验原理图图3洛氏硬度试验原理图表1 常用洛氏硬度的试验条件和应用按压头和载荷不同，洛氏硬度分为HRA、HRB和HRC三种类型，如表1所示。
洛氏硬度测量简单易行，压痕小，既可以测量成品和零件的硬度，也可以检测较薄工件或表面较薄硬化层的硬度。
三种洛氏硬度中，以HRC应用最多。
2. 步骤（1）实验前复习有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。
（2）切割、打磨碳钢棒材，准备淬火试样。
注意检查试样，检测硬度的两端面要磨平。
（3）阅读热处理电炉使用说明书，掌握控温仪表的使用，在教师指导下熟悉热处理电炉的使用。
（4）熟悉硬度计的操作步骤，校准硬度计。
（5）在洛氏硬度计上检测待处理的碳钢试样硬度，了解其状态。
记下硬度值。
（6）将试样放入热处理电炉，按照试验方案定出不同的温度，加热到所定温度后保温足够时间，然后出炉盐水冷却。
（7）在洛氏硬度计上检测待处理的碳钢试样硬度，了解其状态。
记下硬度值。
（8）对比分析淬火前后硬度值。
（9）将淬火后的试样再次放入热处理电炉，定好温度，加热到适当温度，保温足够时间，然后出炉空冷。
（10）对比分析回火前后硬度值。
（11）分析不同淬火温度对硬度的影响。
3、注意事项（1）操作时，切勿打闹，要谨慎操作以免烫伤。
（2）要注意积累相关的实验操作经验。
因为热处理过程中的操作技巧也是不可或缺的影响因素。
如淬火时试件出炉入水的速度就会影响试件金相组织和性能。
同时，掌握金相组织、性能与热处理关系的理论知识，如退火钢出现块状铁素体+块状珠光体、淬火后转化为马氏体十二次渗碳体、低温回火转化成回火马氏体、中温回火转化成回火托氏、高温回火转化成回火索氏体，从而理解退火使钢软化、正火使钢细化、淬火使钢硬化、回火使钢多性化的真正含义。
（3）实验开始前要准备好实验物品，检查碳钢热处理实验用电阻炉及测温、控温装置并妥善放置，发现有损坏的应及时维修或更换。
准备好热处理试样，由于市面上碳钢材料质量有一定的波动，材料的准备不是简单的采购，应对其质量和性能有充分的了解。
对于关键仪器设备，如箱式电阻炉、硬度计、金相显微镜等，根据操作规程、按照实验内容要求进行反复调试，确保实验顺利进行。
（4）实验完毕后，要关掉电源，收好实验用品。
五、实验结果分析及实验报告要求按下列要求完成实验报告。
1）简述实验原理、实验内容、实验步骤。
2）对比分析淬火前后硬度值。
3）对比分析回火前后硬度值。
4）分析不同淬火温度对硬度的影响。
5）根据所测得的试验数据，说明分析含碳量对碳钢的组织和性能的影响规律。
六、考核方式1．实验态度占20%；2．实验操作占30%；3. 实验报告占50%。
七、参考书目：[1]胡光立、谢希文等编，《钢的热处理（原理与工艺）》，西北工业大学出版社，1993。
[2]戚正风.《金属热处理原理》.北京：机械工业出版社,1987年[3]张鸿庆.《金属学与热处理》.北京：机械工业出版社,1991年[4]崔忠圻.《金属学与热处理》.北京：机械工业出版社,1988年[5]赵连城编，《金属热处理原理》，哈尔滨工业大学出版社,1986[6]曾祥模主编《热处理炉》，西北工业大学出版社，1996年。
[7]孟繁述、黄国靖《热处理设备》，机械工业出版社，1988年。
[8]吉泽升等《热处理炉》哈尔滨工程大学出版社,1999年.。