钢的热处理实验报告篇一：热处理实验报告热处理工艺对钢组织与性能的影响一、实验目的1. 了解热处理工艺、组织和性能之间的关系。

2. 了解热处理设备和几种热处理工艺的实际操作，熟悉合金元素在钢中的作用。

3. 考查学生综合运用所学理论和实验技术的能力，培养学生独立分析和解决问题的能力。

二、实验内容与方案本实验采用的钢材有40、40CrNi和T8三种，对于每一种钢材，要求得到如下组织：晶粒粗大的马氏体+残余奥氏体；晶粒细小的马氏体+残余奥氏体；回火马氏体；回火屈氏体；回火索氏体；铁素体+珠光体。

对于40和40CrNi钢还要求得到如下组织：屈氏体网+马氏体+残余奥氏体；铁素体+马氏体+残余奥氏体。

全班分三组，每组选一种钢材，每人选一种组织进行如下实验：1. 根据所选钢种和组织，综合运用所学的热处理知识，制定合理的（或能得到所要求显微组织的）热处理工艺；2. 按照制定的热处理工艺对钢进行热处理；3. 测定热处理后钢材的性能；4. 制备金相试样，观察组织并记录；5. 总结并讨论实验结果。

三、实验设备与材料1. 40、40CrNi和T8钢试样2. 加热炉3. 硬度计4. 拉伸试验机5. 冲击试验机6. 金相显微镜及数码照相系统7. 磨光机及金相砂纸8. 抛光机及抛光液9. 浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、竹夹子、脱脂棉、滤纸等四、实验基本要求1. 每位同学均要首先根据实验总学时和实验要求制定实验方案（包括实验时间的具体安排）。

注意本综合性实验为团队性实验，每位同学均无法单独完成，制定方案和时间安排时要与其他同学协调好。

2．在每个同学根据所选钢种和组织制定了相应热处理工艺的基础上，以组为单位讨论并协调热处理方案；3. 按照方案进行热处理、性能测定、组织观察与记录；4. 以组为单位分析和总结实验结果，然后再以班为单位分析和总结实验结果。

五、实验结果分析1. 根据所选钢种和组织，给出合理的热处理工艺，并作简要分析下图为T8钢水淬后在300℃回火得到的金相图钢淬火后在300℃左右回火时，易产生不可逆回火脆性。

回火到200～300℃的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。

在中碳和高碳钢中这个转变比较明显。

低温回火脆性，在300℃左右回火后存在低温回火脆性。

此脆性区正是碳化物转变的温度区间，即由于ε碳化物转变成的χ-Fe5C2 以及θ-Fe3C沿马氏体板条或片的界面呈薄膜状析出，引起韧性明显降低，这是形成低温回火脆性的主要原因。

韧性的残余奥氏体分解成回火马氏体或贝氏体也促进此类脆性。

在更高温度回火后脆性消失，若再次在300℃附近回火，脆性不再出现，故又称不可逆回火脆性。

2. 记录实验结果，画出回火温度与硬度之间的关系曲线（2）回火温度与硬度之间的关系曲线：3. 分析淬火温度、淬火介质对组织和性能的影响（1）亚共析钢的淬火加热温度一般为Ac3+（30～50），此时铁素体完全溶于奥氏体中，得到细而均匀的奥氏体晶粒，淬火即获得细小的马氏体。

若在Ac1～Ac3之间加热，淬火冷却后有残余铁素体，使强度、硬度降低；若加热温度过高，奥氏体晶粒粗化，淬火后则得到粗大马氏体组织，导致脆性增加，且容易变形开裂。

过共析钢淬火加热温度为Ac1+（30～50），加热状态为奥氏体与未溶碳化物，淬火后得到均匀细小的隐晶马氏体和粒状碳化物，这种复合组织具有很高的硬度和耐磨性，也有一定韧性。

若淬火温度过高，碳化物溶解，奥氏体含碳量增加，Ms和Mf点下降，淬火后残余奥氏体增加，而且因奥氏体晶体长大，淬火后获得粗壮马氏体，不仅使钢的硬度和耐磨性降低，而且是脆性增加，淬火开裂倾向增大。

（2）淬火冷却时为了获得马氏体，必须使冷却速度大于vk；而快冷将产生巨大的组织应力和热应力，使工件有变形、开裂的危险。

上图为钢的理想淬火冷却过程。

650以上缓慢冷却以减小热应力；650～400度之间快冷，以避免过冷奥氏体分解；400以下慢冷通过马氏体转变区域，以降低马氏体转变时所产生的组织应力。

油在低温冷却速度合适，但在高温区冷却能力却很低。

实际生产中根据钢中的特性来选择淬火介质，如碳钢的临界冷却速度大，课采用冷却能力较强的淬火介质，如水；合金钢的临界冷却速度小，可采用比较缓和的淬火介质，如油。

4. 分析回火温度对组织与性能的影响（1）低温回火（150～250度）在此阶段回火，马氏体发生分解，析出而变成回火马氏体；淬火应力消除；显微裂纹大部分愈合。

（2）中温回火（350～500度）中温回火组织为回火屈氏体，具有高的弹性和一定的强度，塑性及韧性，在300～450回火时，钢的弹性极限最高。

（3）高温回火（）500度）碳素结构钢与合金结构钢的调质处理，能获得具有良好综合力学性能的细球化体组织，即回火索氏体。

某些高合金钢淬火后经过高温回火，能获得更高的硬度、耐磨性和红硬性。

某些高合金渗碳钢只有采用高温回火才能降低硬度，改善切削加工性能。

5. 分析合金元素对淬透性、回火稳定性等的影响（1）合金元素对马氏体淬透性的影响Mn、Mo、Cr对增加淬透性的作用最强，Si与Ni次之。

为了提高结构钢的淬透性，不仅要提高过冷奥氏体在珠光体区的稳定性，而且也要提高钢在贝氏体区的稳定性。

这种淬透性严格说来应称为马氏体淬透性。

采用提高过冷奥氏体稳定性的强碳化物形成元素（如Cr、Mo等）与强化铁素体的元素（如Ni、Mn、Si等）的配合，可以在很大程度上提高马氏体的淬透性。

这几种元素同时加入钢中的效应，往往比单个元素的作用的总和要大好多倍。

如果仅用强碳化物元素Cr或Mo来合金化，则在珠光体转变区（600～650℃）和贝氏体转变区（300～350℃左右）都各有一个奥氏体不稳定区域。

相反，如果用Ni或Mo来合金化，在珠光体转变区（450～550℃左右）也有一个奥氏体不稳定区域。

但是如果采用上述两种元素的配合，将使奥氏体不论在650～600℃的温度范围内还是在350～300℃温度范围都有很高的稳定性.在结构钢中，一方面含有Cr、Mo 等碳化物形成元素，另一方面含有非碳化物元素（如Ni、Si）及弱碳化物元素（Mn），这种配合，可以大大地提高过冷奥氏体的稳定性，从而显著的提高淬透性。

（2）贝氏体淬透性在某些场合，希望仅提高钢在珠光体区域的稳定性，从而保证一定截面下的钢件，在一定冷却速度下，获得贝氏体组织，以适应金属构件和机械制造上某些工件综合机械性能的需要。

钢中含%Mo以上就能显著地推迟珠光体转变，而对贝氏体转变的影响却很小，因此要得到贝氏体，Mo是不可缺少的元素，但是为了使较大截面的钢在空气冷却条件下，获得单一的贝氏体，还必须加入能够强烈阻止多边形铁素体析出，而对贝氏体转变影响不大的元素，最有效的方法是加B元素。

六、参考资料1. ?金属材料及热处理?补充教材，北京科技大学材料科学与工程学院，20062. 李洪升，?材料力学实验?，大连理工大学出版社，19973. ?材料科学与工程基础实验指导书?，北京科技大学材料科学与工程学院，2003篇二：钢的热处理综合实验实验二钢的热处理综合实验一、实验目的1. 全面熟悉钢的热处理综合实验过程；2. 掌握常用材料热处理工艺规范的制定；3. 了解热处理的操作方法；4．研究热处理对钢的性能的影响；5．认识碳钢经各种热处理后的显微组织，.进一步了解碳钢经热处理后，在组织和性能上有什么改变。

二、实验设备和材料设备：箱式电炉和控温仪表、洛氏硬度机、台式金相显散镜、预磨机、抛光机材料：45、T10 钢样、45 钢、T10、T12、20 钢热处理过试样一套、各号金相砂纸、金刚石研磨膏、水、油。

三、实验内容⑴制定出材料的热处理工艺规范。

⑵分组进行热处理操作。

⑶测定热处理后样品的硬度值。

⑷金相显微试样的制备。

⑸观察各种热处理后的显微组组织，绘出组织示意图。

⑹将测得的硬度值与应得到的显微组织一起填入实验报告。

四、概述设计、制定热处理工艺规范钢的热处理是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种热加工工艺，它的基本过程包括：将钢加热到选定温度，在该温度下保持一段时间，然后用选定的速度冷却。

1．加热温度的选择⑴淬火加热温度根据Fe—Fe3C 相图来确定:对亚共析钢，合适的淬火加热温度为AC +30~ 50℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。

如果加热温度不足．则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足。

对过共析钢和共析钢，合适的淬火加热温度为ACl+30—50℃。

淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体，组织中的粒状二次渗碳体可以明显提高钢的硬度和耐磨性。

过高的淬火加热温度，会使淬火后得到粗大马氏体和较多的残余奥氏体组织．使材料的耐磨性下降，脆性增加，这是因为共析钢含碳量高，加热到ACCM 以上时，碳化物全部溶解，使奥氏体晶粒易于长大，淬火后的马氏体粗大。

同时，奥氏体内的含碳量越高，则淬火后的马试体量越少，残余奥氏体量越多。

⑵回火温度将淬火后的钢重新加热到AC1 一下某个温度，在该温度下保温一定时间，然后在空气或油中冷却，这一操作过程叫回火。

回火的目的地是消除淬火时产生的能应力，降低钢的脆性，提高钢的韧性。

按加热温度不同，回火可分为三类。

见图3-4。

图1-2 回火种类示意图图1-3在共析钢C曲线上估计连续冷却速度的影响图中：a－低温回火。

主要用于高碳钢和高碳合金钢，回火后保持高硬度和高耐磨性，内应力和脆性降低。

回火后的组织为回火马氏体，硬度约为HRC58~64。

一般用于切削工具量具滚动轴承及渗碳和氰化。

b －中温回火。

主要用于~ ﹪C 的碳钢和合金钢，回火后内应力基本消除，有一定的韧性和较高的弹性于屈服强度。

回火后的组织为回火屈氏体，硬度约为HRc35~45.一般用于各种弹簧及热锻模。

c－高温回火。

主要用于~ ﹪C 的碳钢和合金钢，回火后既有较高的强度、硬度，又有较好的塑性和韧性。

回火后的组织为回火索氏体。

硬度约为HRc20~35。

一般用于轴、螺栓等重要零件。

⑶钢的退火和正火温度对于不重要的工件，退火、正火可作为最终热处理。

对于重要的工件，退火、正火是中间热处理，用来消除或改善铸、锻、焊过程中的造成的缺陷，为下一道工序作组织准备。

表1－1 各种不同成分碳钢的临界温度（部分）钢的退火是将钢加热到Ac1 或Ac3 ，以上保温后随炉冷却。

钢的正火是将钢加热到Ac3 或Accm 以上30—50℃保温后空冷。

正火的冷却速度比退火大。

正火得到的组织比退得到的组织细，强度、硬度也较高。

2 ．保温时间的确定为了使钢件内外各部分温度均匀一致，并完成组织转变，必须在加热温度下保温一定时间。

图1-4 正火和各种退火的加热温度范围对于碳钢件，放进预先已加热至选定加热温度的炉内加热。

如果是火焰炉、电炉，所需保温时间大经为1分钟/毫米（直径或厚度），合金钢应相对延长一点。