【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 30min，空冷 +760℃ 球化退火，保溫 10min，冷至 690℃ ，保溫 60min，爐冷至 600℃ ，再出爐空冷 +770℃ 淬火，保溫 10min，水冷 +190℃ 回火，保溫 1h，空冷 。方案二熱處太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 理工藝曲線如圖 。 方案三為 830℃ 正火，保溫 30min，空冷 +760℃ 球化退火，保溫10min，爐冷至 600℃ ，再出爐空冷 +770℃ 淬火，保溫 10min，水冷 +190℃ 回火，保溫1h，空冷 。方案三熱處理工藝曲線如圖 。 方案四為 760℃ 球化退火，保溫 10min，冷至 690℃ ，保溫 60min，爐冷至 600℃ ，再出爐空冷 +770℃ 淬火，保溫 10min，水冷 +190℃回火，保溫 1h，空冷 。方案四熱處理工藝曲線如圖 。 方案五為 830℃ 正火，保溫 30min，空冷 +770℃ 淬火，保溫 10min，水冷 +190℃ 回火，保溫 1h，空冷 。方案五熱處理工藝曲線如圖 。 圖 SX512B 箱式 電阻爐 圖 方案二熱處理工藝曲線 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 方案三熱處理工藝曲線 圖 方案四熱處理工藝曲線 圖 方案五熱處理工藝曲線 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 正火是將工件加熱到 720℃ ~912℃ 之間，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻的一種熱處理工藝 [14]。正火冷卻得到的是珠光體類組織。正火可以作為預(yù)先熱處理，也可作為最終熱處理，當(dāng)作為預(yù)備熱處理時(shí)，可以消除供貨態(tài)試樣表面的網(wǎng)狀滲碳體，為接下來的熱處理工藝做準(zhǔn)備，也有細(xì)化晶粒、消除表面應(yīng)力等等，為最終熱處理提供適宜的組織的作用。 退火是將 工件 加熱到 Ac1或 Ac3以上 30~50176。C，（亞共析鋼加熱 Ac3以上 30~50176。C，共析、過共析鋼加熱到 Ac1以上 30~50176。C）， 保溫 一段時(shí)間，緩 慢 冷 卻到 室溫 的一種熱處理工藝 [15]。退火、正火加熱溫度如圖 。 圖 退火、正火加熱溫度示意圖 共析鋼和過共析鋼多采用“球化退火”。溫度 Ac1以上 20~30176。C 緩冷時(shí)，自奧氏體中析出的滲碳體沿未溶的顆粒狀滲碳體結(jié)晶，得到鐵素體基體均勻分布著顆粒狀滲碳體的組織，即“球化體”。 退火時(shí)的加熱保溫時(shí)間，在采用到溫入爐法時(shí)，可按每 1 毫米直徑或厚度加熱保溫 ~ 分鐘估算。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 退火時(shí)的冷卻應(yīng)當(dāng)是緩慢的，只要冷速能控制在每小時(shí) 100~200176。C 以下，便可獲得滿意的 結(jié)果。箱式爐斷電后冷速大約每小時(shí) 30~120176。C。所以隨爐冷卻是最常用的退火冷卻方法。當(dāng)退火緩冷至 550~650176。C 時(shí)，奧氏體已完全分解轉(zhuǎn)變。所以，可以出爐空冷或水冷，而不會(huì)影響奧氏體分解產(chǎn)物的組織狀態(tài)，但卻縮短了退火總時(shí)間。 。碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的機(jī)械特性如表 。 表 碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的機(jī)械特性 性能 熱處理狀態(tài) 含碳量（ %） ≤ ~ ~ 硬 度 （ HB） 退火 ~120 150~160 180~230 正火 130~140 160~180 220~250 強(qiáng)度 σb（ MN/m2） 退火 300~330 420~500 560~670 正火 340~360 480~550 660~670 退火的目的是減小硬度，改善切削加工性，消除試樣的殘余應(yīng)力，均勻組織，細(xì)化晶粒，改善材料性能，消除組織內(nèi)缺陷的作用，為接下來的熱處理工藝做準(zhǔn)備 [16]。 淬火是將工件加熱到臨界溫度以上（亞共析鋼的臨界溫度為 Ac3，共析、過共析鋼的臨界溫度為 Ac1），保溫一段時(shí)間，然后快冷到 Ms 以下，進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝 [17]。 回火是將工件工件加熱到低 于臨界溫度，保溫一段時(shí)間，然后在空氣、水或油中冷卻的一種熱處理工藝 [18]。 淬火和回火在熱處理中是最重要、用途最廣泛的加熱工序。通常我們用淬火提高工件強(qiáng)度和硬度，然后用不同溫度的回火降低由于淬火所產(chǎn)生的殘留內(nèi)應(yīng)力，來得到不同力學(xué)性能的工件。 不同溫度回火的比較如表 。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 表 不同溫度回火的比較 低溫回火 中溫回火 高溫回火 溫度范圍 150~250176。C 350~500176。C 500~650176。C 回火后的組織 回火馬氏體 片狀或板條狀馬氏體 回火屈氏體 針狀鐵素體 +滲碳體 回火索氏體 鐵素體 +滲碳體 硬度變化 不變 明顯降低 降低較多 韌脆性 脆性較低 韌性較高 韌性大幅度提高 碳鋼的回火冷卻無特殊要求，一般可在空氣中冷卻。有時(shí)為了盡早測(cè)定回火硬度，也可在水中冷卻 [19]。 各種不同溫度回火后的硬度值如表 。 表 各種不同溫度回火后的硬度值 回火溫度（ 176。C ） 45 鋼 T8 鋼 T10 鋼 T12 鋼 150~200176。C 60~54 64~55 64~62 65~62 200~300176。C 54~50 55~45 62~56 65~57 300~400176。C 50~40 55~45 56~47 57~49 400~500176。C 40~33 45~35 47~38 49~38 500~600176。C 33~24 35~27 38~27 38~28 有淬火鋼在回火時(shí)，不同的回火的溫度，所發(fā)生的轉(zhuǎn)變不同，機(jī)械性能也不同，由此可將其分為 4 種不同的類型。第一種類型是在小于等于 200176。C 時(shí)，這時(shí)馬氏體分解，具體是，由于溫度較低，溶碳量降低，馬氏體中的碳原子以碳化物的形式析出 ，隨著碳化物的析出，馬氏 體中碳的飽和度降低，但仍是飽和固溶體，其硬度并沒有降低，只是內(nèi)應(yīng)力降低。第二種類型是在 200176。C 和 300176。C 之間時(shí)，這時(shí)殘余 A 轉(zhuǎn)變，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，同時(shí)馬氏體仍在繼續(xù)分解，由于 M 的繼續(xù)分解，鋼的太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 硬度本應(yīng)降低，但是又因?yàn)樯闪讼仑愂象w，因此鋼的硬度并沒有想象中的降低，只是鋼的淬火應(yīng)力又近一步降低。第三種類型是在 300176。C 和 400176。C 之間時(shí)，碳化物的轉(zhuǎn)變，析出的碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體，此時(shí)鋼的組織是由鐵素體和滲碳體組成，鋼的硬度明顯降低，淬火應(yīng)力基本消除。第四種類型是在大于 400176。C 時(shí)，滲碳體聚集與鐵素 體的再結(jié)晶，此時(shí)鋼的組織由鐵素體和滲碳體組成，但鐵素體仍保留著馬氏體時(shí)的片狀或板條狀。 顯微組織觀察 金相試樣的制備 金相分析是金屬組織的重要方法。在 100 多年的金想學(xué)發(fā)展史上，大部分的研究工作是在光學(xué)顯微鏡下完成的。近年來，電子顯微鏡在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的地位越來越重要，但是在這其中光學(xué)顯微鏡所占比例并沒有多大變化，它仍占據(jù)一定的位置。 光學(xué)顯微鏡觀察和研究金屬內(nèi)部組織，一般分為三個(gè)階段進(jìn)行： 一 、 制備金相試樣的表面； 二 、 用浸蝕液腐蝕金相試樣表面組織使其能在顯微鏡下看 到； 三 、 用顯微鏡觀察金相試樣表面組織并分析。 這三個(gè)階段相輔相成，相互影響，是一個(gè)整體，無論在哪一個(gè)階段失誤，都會(huì)影響到最后的結(jié)果，因此不能忽視其中任何一個(gè)階段。 根據(jù)顯微鏡的原理，我們可以知道，當(dāng)試樣表面比較粗糙時(shí)，光線射到試樣表面發(fā)生漫射，光線無法穿過物鏡，也不能穿過目鏡在視網(wǎng)膜上成像，也就不能用顯微鏡觀察到試樣的微觀組織。因此，我們需要將需要觀察的試樣表面磨成一個(gè)光滑的鏡面。并且這個(gè)表面不能發(fā)生組織變化，且能代表取樣前試樣組織所具有的狀態(tài)。這樣的試樣才能算是完成了試樣的制備工作。如果僅僅是光滑的鏡面 ，在顯微鏡下觀察，我們看到的是白茫茫的一片，看不到微觀組織的分布，為此，必須將試樣磨面進(jìn)行腐蝕處理，使各個(gè)組織對(duì)光線的反射能力有差異，在顯微鏡下呈現(xiàn)不同的像，這時(shí)所看到的試樣組織的形貌和分布，即試樣組織的顯示階段。 金相顯微試樣的制備的一般過程為：取樣 → 鑲嵌 → 磨光 → 拋光 → 腐蝕。 由于試樣是規(guī)則的金屬小塊，所以取樣和鑲嵌這兩步可以省略直接進(jìn)行磨光。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 磨光分為粗磨和細(xì)磨，目的是得到平整光潔的磨面為拋光做準(zhǔn)備。 圖 表示切取試樣后形成的粗糙表面，經(jīng)粗磨 ﹑ 細(xì)磨 ﹑ 拋光后磨痕逐漸消除，得到平整光滑磨面 。 圖 試樣表面磨痕變化示意圖 粗磨的目的是整平試樣，并磨成合適的外形。一般在砂輪機(jī)上進(jìn)行。在砂輪機(jī)上粗磨，磨面溫度容易升高，這樣對(duì)于那些對(duì)溫度比較敏感的材料，有可能因?yàn)闇囟壬叨鹪嚇觾?nèi)部組織變化。且不好操作，如果壓力過大，試樣表面出現(xiàn)深痕不利于細(xì)磨。由于試樣比較小，且是規(guī)則的小塊，因此決定采用手工操作，用粗砂紙去除表面氧化層，整平試樣。 細(xì)磨的目的是為消除深痕，為拋光做準(zhǔn)備。細(xì)磨時(shí)，可以加水潤(rùn)滑，加快速度。細(xì)磨的時(shí)后應(yīng)該注意：（ 1）朝著一個(gè)方向磨，以免留下劃痕在試樣表 面。（ 2）換下一張砂紙前，應(yīng)先洗去試樣表面的碎屑。（ 3）換砂紙后，試樣應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng) 90176。推磨，即與上一道磨痕相垂直，方便觀察。 常用 的金相砂紙 ，它 的磨料有碳化硅和天然剛玉兩種。金相試樣的磨光 一般用碳化硅砂紙 ，優(yōu)點(diǎn)是磨 的快 ，變形淺， 可以加水潤(rùn)滑，加快手工或機(jī)械磨制的速度 。 對(duì)于試樣來說，并不是砂粒越粗越好，因?yàn)樯傲４蟮揭欢ǔ潭葘?duì)磨光速率是不會(huì)有太大影響的，但是會(huì)加深磨痕，得不償失，因此我們一般采用砂粒適中的砂紙，通常采用粒度在 200~900 之間的碳化硅砂紙進(jìn)行磨光。磨光后進(jìn)行拋光。 拋光通常有機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué) 拋光三種。其目的是將磨光留下的變形層除去，并且使顯微組織的觀察不受拋光所產(chǎn)生的變形層的影響。試驗(yàn) 所使用的拋光機(jī)如圖 所示。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 金相拋光機(jī) 在本次試驗(yàn)中我們采用機(jī)械拋光， 拋光時(shí)應(yīng)將 已經(jīng)經(jīng)過細(xì)磨好的試樣 平 穩(wěn) 地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上 ，可以上下移動(dòng) 。 對(duì)試樣施加的 壓力不宜過大， 否則有可能損壞儀器。拋光時(shí) 可以 向拋光盤上 抹上拋光膏或者 不斷滴注 自己調(diào)制的 拋光液， 這樣可以加速拋光并起到一定潤(rùn)滑的作用 。當(dāng)磨痕全部消除而呈現(xiàn)鏡面時(shí)，停止拋光。用 清 水 將 試樣拋光的表面 沖洗干凈， 用干布擦干， 然后進(jìn)行 腐 蝕。 腐 蝕的目的是為了使拋光后的試樣的微觀組織在顯微鏡下能夠看到，常見的腐蝕方法有化學(xué)腐蝕、電解腐蝕。在這里我們采用化學(xué)腐蝕法。常用的化學(xué)腐蝕劑有 硝酸酒精溶液 （ 2ml HNO3， 100ml 95%酒精 ）、 苦味酸酒精溶液（ 4g苦味酸， 100ml 95%酒精 ）和 鹽酸苦味酸酒精溶液 （ 5ml HCL， 1g 苦味酸， 100ml 95%酒精 ），選用的浸蝕液為 硝酸酒精溶液 。將已經(jīng)拋光好的試樣擦干凈，用夾子夾取 蘸取 浸 蝕劑 的棉花在試樣拋光面上擦拭，數(shù)秒后，用干凈的棉花將拋光面擦干凈，將試樣放于金相顯微鏡上觀察。