设计钢材的正火处理工艺.docx

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1、芹乳疾工冷吃金属材料工程专业课程设计题目45钢H正火处理工艺设计学院：专业：姓名：学号：一.概述Ll热处理的应用领域及原理2L2正火热处理的目的和作用31. 345#钢的材料性能3二.工艺方案1.1 正火处理热工艺设备52. 2试验技术规定：52. 345#钢正火处理温度选择52.4 保温时间52.5 5测定试样各项性能指标并与预期规定进行对比52.6 设计方案工艺图5三 .工艺试验7四 .成果与分析10五 .结论15六 .参照文献16一、概述1.1 热处理的应用领域及原理热处理是通过加热和冷却固态金属的操作措施来变化其内部组织构造，并获得所需性能的一种工艺。热处理不仅可以强化金属材料、充足发

2、挥其内部潜力、提高或改善工件的使用性能和工艺性能，并且还是提高加工质量、延长工件和刀具使用寿命、节省材料、减少成本日勺重要手段。因此，机械、交通、能源以及航空航天等工业部门的大多数零部件和某些工程构件，都需要通过热处理来提高产品质量和性能。例如，机床工业的60%70%零件，汽车、拖拉机的70%80%零件，飞机时几乎所有零件都要热处理。根据热处理的目的、规定以及加热和冷却条件的不一样，金属材料热处理可分为退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种基本措施。钢的热处理原理重要是运用钢在加热和冷却时内部组织发生转变的基本规律，根据这些基本规律和规定来确定加热温度、保温时间和冷却介质等有关参数，以到达改

3、善材料性能区I目日勺。胧热处理措施虽多，但任何一种热处理都是由加热、保温和冷却三个阶段构成的，因此可以用“温度一时间”曲线图表达。1.2 正火热处理的目的和作用热处理是将钢件在一定的介质中加热到一定的温度并保温一定的时间，然后冷却，以期变化其整体或者表面组织，从而获得所需要的性能的一种热加工工艺。正火日勺目的!对于低碳钢退火后硬度太低，切削加工性能不好,正火时用较快的冷却速度，能变化其显微组织，提高硬度，改善切削性能。对于含碳量在O.25%o.5%的中碳钢，正火能细化晶粒，使组织均匀，同步硬度也不高，切削性能良好，与退火相比成本也较低，此外正火尚有细化奥氏体晶粒，消除魏氏组织欧J作用。亦可消除

4、网状渗碳体组织。正火是将刚加热到Ac3（或ACm）以上合适温度，保温后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。本次课程设计所用的材料为45#钢，属于中碳钢，其工艺加工目的为：消除组织缺陷、保持硬度、为调质做准备。由于冷却速度稍快，与退火组织相比,组织中的珠光体量相对较多，且片层较细密，故性能有所改善，细化了晶粒，改善了组织，消除了残存应力。对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光洁度；对于高碳钢，则正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火作好组织准备。1.3 45#钢的材料性能45#钢：45#钢，是GB中的叫法，JIS中称为：S45C,ASTM中称为1045,080M

5、46,DIN称为：C4545#钢是一般的中碳构造钢，冷热加工性能都不错，机械性能很好，且价格低、来源广，因此应用广泛。45#钢化学成分为：含碳（C）量是0.42-0.50%,Si含量为0.17-0.37%,Mn含量0.500.80%,Cr含量00.25%,Ni含量4）.30%。，Cu含量00.25%。45#钢重要用途：调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于多种重要的构造零件，尤其是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。本次试验选用的材料为：用砂轮切割机切100mm长，直径50mm的圆钢45#钢相图二、工艺方案2.1

6、 正火处理热工艺设备：箱式电阻炉、夹钳、HB-3000B-I布氏硬度计、读数显微镜JVE-200型液压式万能材料试验机、M2预磨机、P-2G金相试样抛光机、金相砂纸、抛光布、金刚石抛光膏和金相显微镜。2.2 试验技术规定：热处理后的力学性能：以2040X100mm试样为试验对象，规定热处理后的力学性能指标：抗拉强度不小于5OOMpa,屈服强度不小于35OMpa,延伸率不小于10%,硬度HB180以上；2.3 45#钢正火处理温度选择：850正火时时详细加热温度重要取决于钢的含碳量,可根据Fe-Fe3C相图确定（如下图所示）。对于45钢（亚共析钢），其加热温度为2.4 保温时间:保温加热时间是将

7、试样加热到正火温度所需的时间及在正火温度停留保温所需时间欧）总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需附加热介质及加热措施等原因有关，一般可按照加热温度工件形状圆柱形方形板形保温时间分钟/每毫米直径分钟/每毫米厚度分钟/每毫米厚度7001.52.2380011.529000.81.21.610000.40.60.8经验公式来估算，碳钢在电炉中加热时间的计算如右表所示。2.5 测定试样各项性能指标并与预期规定进行对比2.6 设计方案工艺图试件号Ac3oC热处理温度/保温时间/min冷却介质1、2、378085035空气4780850150空气加热，保温，冷却曲线三、工艺试验3.1试验过程1.

8、材料截取及表面处理截取3个50X3Omm、1个50X24Omm045#钢件标识为1、2、34号。(2)将试件表面磨平。2 .材料处理前的力学性能测试(1)将1、2、3号试样用HB-3000B-I布氏硬度计测试热处理前的硬度。(2)磨光，抛光试样表面，经腐蚀后观测金相组织拍照保留留用。3 .材料的热处理(1)将1、2、3号试样放入箱式电阻炉中850C下保温35min0(2)将4号试样放入箱式电阻炉中850下保温150mi11o(3)将4个试样取出置于空气中冷却。4 .材料处理后的力学性能测试(1)将1、2、3号试样在布氏硬度计上不一样的!三个部位打硬度，记下硬度值并求出平均值。(2)将4号试样通

9、过车床加工后后用于拉伸试验，并记录数据。(3)将1、2、3号试样在线切割机上沿中间部分径向切开，然后打磨、抛光，制作金相试样，观测金相组织并摄影。5 .金相显微组织观测(1)取样：(2)打磨：200#金相砂纸-600#金相砂纸一800#金相砂纸1200#金相砂纸(3)抛光：抛光剂为金刚石抛光膏，直至试样表面无划痕。(4)腐蚀:试样抛光面侵入3%硝酸酒精侵蚀剂中，面呈暗灰色，用水冲洗。(5)烘干：用吹风机吹干。(6)显微摄影：用金相显微镜对抛光后腐蚀的表面进行拍照。6 .对试验数据进行整顿、分析并完毕试验汇报。7 .2试验成果(原始数据)1、2、3#试样硬度试验：45#钢正火前:试件号试验数据d

10、l/mmd2mmd/mm平均值mm11.3395.8054.4664.4530.615.0454.4350.3944.8514.45720.1944.6044.414.4020.4694.8924.4231.75.0754.37530.2754.7024.4274.4441.085.544.461.3785.8244.44645#钢正火后:试件号试验数据dl/mmd2mmd/mm平均值mm11.1315.4874.3564.4420.645.034.590.4244.8034.37921.2095.5854.3764.3821.485.864.381.3195.7094.3930.4354.8

11、514.4164.361.6536.0684.4150.524.874.254#试样拉伸试验:romm5Ao78.5Lo/mm50r/mm4.05A51.5L/mm63r/mmO,95A27.0L/mm13Fb/N44245ob/MPa558.99sMPa558.99E/MPa8764.87pMPa409.41Fp/N32434四、成果与分析4.1硬度测量成果及分析材料编号试件厚度正火工艺硬度值加热温度保温时间冷却方式处理前(HB)处理后(HB)45#135mm85035min空冷183184225mm85035min空冷187189334mm85035min空冷184191表1硬度试验分析：

12、从表1中，我们可以看出相似截面日勺同种试验材料(454#钢)在未处理和在经历了同种温度同样时间的热处理工艺的基础上，展现出的硬度测试值是基本相似的。但本次试验中各个材料的详细测试值还是有一定差距的，详细体目前未处理前金相试样日勺硬度值最小差距为1HB,最大差距为4HB,热处理完毕后，其硬度值差距变大，甚至不满足之前未处理时的硬度变化规律,其差距最小为5HB,最大为7HBo分析其原由于测量误差和试验较少，出现个体差异。且本次试验的;初始试样已经到达试验设计规定，这也许是由于原材料自身在出厂前就已经进行过了正火处理或其他工艺处理。4.2试样处理前后金相照片及分析未处理的试样金相组织图片：处理后的试

13、样金相组织图片:1#：4.3金相组织照片分析:如Fe-Fe3C相图所示，45#钢C含量为0.45%,属于亚共析钢。试样在850C（A3线以上）时保温35Inin后经空气冷却后，优先从奥氏体晶界析出先共析铁素体，然后奥氏体与铁素体的成分分别沿GS和GP线变化。抵达PS线时，剩余奥氏体发生共析转变，形成珠光体，PS线如下，从铁素体中析出Fe3C,但由于析出量很少，不影响组织形态，故可以忽视，因此最终的组织为铁素体加珠光体。金相组织图片中黑色粒状为珠光体，白色为铁素体基体。对比未处理时试样与处理后的I试样金相组织图片，原始试样中晶粒粗大且组织分布不均匀，而在处理后的1#、3#试样中可以很明显看出珠光

14、体晶粒变小，大概在2030m左右，组织分布均匀化。到达了正火细化晶粒，均匀组织的目的。而对于2#试样，由于试验中出现的问题,金相组织显得很模糊，但在显微镜放大下可以看出其中的珠光体、铁素体以及某些共析组织。4.4.拉伸试验数据成果拉伸试样图试泠力-位移曲线46000.0044COO.0042000.00VOoOo.0038000.0036000.0034000.0032000.0030000.0029000.0026000.00Z2W0.0022000.0020000.0019000.0016000.0014C00.0012000.0010000.00aooo.oo6000.00和00.002000.000.A27