【文章內(nèi)容簡介】 以及從節(jié)約能源的角度考慮，最終選擇 作為退火、回火的加熱設(shè)備，具體參數(shù)見下表 ；選擇 SX21013 作為淬火的加熱設(shè)備，具體參數(shù)見下表 。 表 參數(shù) 型號 爐膛尺寸 /mm 額定功率 /kw 額定溫度 /℃ 第 12 頁 共 37 頁 200 120 80 1200 表 SX21013 參數(shù) 型號 爐膛尺寸 /mm 額定功率 /kw 額定溫度 /℃ SX21013 250 150 100 6 1300 硬度測定設(shè)備及選擇 所謂硬度，就是材料抵抗更硬物壓入其表面的能力。根據(jù)試驗方法和適應(yīng)范圍的不同，硬度單位可分為布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度、顯微維氏硬度等許多種，不同的單位有不同的測試方法，適用于不同特性的材料或場合。在這里主要介紹幾種有關(guān)金屬硬度的測試方法。 (1)金屬洛氏硬度 測試原理 將壓頭（金剛石圓錐、鋼球或硬質(zhì)合金球）分兩個步驟壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除主試驗力，測量在初試驗力下的 殘余壓痕深度 h，根據(jù) h 值及常數(shù) N 和 S 計算洛氏硬度。 術(shù)語及定義 洛氏硬度 =Nh/S 初始試驗力 試驗時預(yù)加載試驗力。 主試驗力 使測量樣品產(chǎn)生殘余壓痕的加載。 總試驗力 初始試驗力加上主試驗力。 測試程序 洛氏硬度應(yīng)選擇在較小的溫度變化范圍內(nèi)進行，因為溫度變化可能會對試驗結(jié)果有影響。所以試驗一般規(guī)定在 1035℃ 的室溫進行。試樣應(yīng)平穩(wěn)地放置在鋼 性支承物上，并使壓頭軸線與試樣表面垂直。避免試樣產(chǎn)生位移。使壓頭與試樣表面接觸，在無沖擊和振動的情況下施加試驗力， 初試驗力保持不應(yīng)超過 3 秒。將測在不小于 1 秒 且不大于 8 秒 的時間內(nèi)，從初試驗力增加到總試驗力，并保持 4 秒 177。2 秒 ，然 后卸除主試驗力，保持初試驗力，經(jīng)過短暫穩(wěn)定后，進行讀數(shù)。為了讀數(shù) 準(zhǔn)確，在試驗過程中，硬度計應(yīng)避免受到任何沖擊和震動。 在多處取值時，兩相鄰壓痕中心間距離至少應(yīng)為壓痕直徑的 4 倍，但不得小于2mm。任一壓痕中心距試樣邊緣距離至少應(yīng)為壓痕直徑的 倍， 但不得小于1mm。 第 13 頁 共 37 頁 (2)金屬布氏硬度 測試原理 對一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直 徑。布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是具有一定半徑的球形，其半徑是壓頭球直徑的二分之一。 術(shù)語及定義 試驗力 試驗時所用的負(fù)載。 壓痕平均直徑 兩相互垂直方向測量的壓痕直徑的算術(shù)平均值。 球直徑 壓頭中硬質(zhì)合金球的直徑。 測試程序 一般試驗在 1035℃ 的室溫進行即可，如果有對溫度要求嚴(yán)格的試驗（視 材料對溫度的敏感性），試驗溫度應(yīng)為 23℃ 177。5 ℃ 。 試驗力的選擇應(yīng)保證壓痕直徑在 之間。試驗力－壓頭球直徑的平方的比率 （ ）應(yīng)根據(jù)材料和硬度值選擇。 為了保證在盡可能大的有代表性的試樣區(qū)域試驗，應(yīng)盡可能選取大直徑的壓頭；當(dāng)試樣尺寸允許時，應(yīng)優(yōu)先使用直徑為 10mm 的球壓頭進行試驗。 使壓頭與試樣表面垂直接觸，垂直于試驗面施加試驗力，加力過程中不應(yīng)有沖擊和震動，直至將試驗力施加至規(guī)定值。 試驗力保持時間為 1015 秒。對特殊材料，試驗力保持時間可以延長，但誤差應(yīng)在 177。2 秒。 任一壓痕中心距試樣邊緣距離，至少為壓痕平均直徑的 倍。相鄰壓痕中心間的距離至少為壓痕直徑的 3 倍。應(yīng)在兩相互垂直方向測量壓痕直徑，用兩個 讀數(shù)的平均值計算布氏硬度。（或按 GB/T 查得布氏硬度值） 布氏硬度試驗范圍上限不大于 650HBW 。 (3)金屬維氏硬度 測試原理 將頂部兩相對面具有規(guī)定角度的正四棱錐體金剛石壓頭用試驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕對角線長 度 。維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得的商，壓痕被視為具有正方形基面并與壓頭角度相同的 第 14 頁 共 37 頁 理想形狀。 術(shù)語及定義 試驗力 試驗時所用的負(fù)載。 壓痕對角線 卸載后，壓頭在被測樣品表面留下的方形或菱形壓痕的對角線。 壓頭 夾角 壓頭頂部兩相對面的夾角。 測試程序 試驗一般在 1035℃ 的室溫進行。對溫度要求嚴(yán)格的試驗，試驗溫度應(yīng)為23℃ 177。5 ℃ 。根據(jù)試樣厚度和硬度選擇試驗力。使壓頭與試樣表面垂直接觸，垂直于試驗面施加試驗力，加力過程中不應(yīng)有沖擊和震動，直至將試驗力施加至規(guī)定值。試驗力保持時間為 1015 秒。對特殊材料，試驗力保持時間可以延長，直至試樣不再發(fā)生塑性變形，但誤差應(yīng)在 177。2 秒。應(yīng)測量壓痕兩條對角線長度，用其算術(shù)平均值或通過查表得到硬 度值。 放大系統(tǒng)應(yīng)能將對角線放大到視場的 25%75%。 考慮各種測試方法 的應(yīng)用范圍，最終我們選用金屬洛氏硬度的測試方法，該硬度計型號為 HR150A，具體參數(shù)見 表 。 表 洛氏硬度計主要技術(shù)規(guī)格 型號 測量范圍 / HRC 試驗力 /N 硬度分辨率 / HR HR150A 2070 、 、 1471 金相分析設(shè)備 金相組織：金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只有在顯微鏡下才能觀察到。在顯微鏡下看到的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)稱為顯微組織或金相組織。鋼材常見的金相組織有：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體等。 金相顯微鏡是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計算 機圖像處理技術(shù)完美地結(jié)合在一起而開發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品，可以在計算機上很方便地觀察金相圖像，從而對金相圖譜進行分析，評級等以及對圖片進行輸出、打印。用入射照明來觀察金屬試樣表面 (金相組織 )的顯微鏡。 我們選擇 Axio Imager A1m 對不同狀態(tài)下的 3Cr2W8V 鋼金相圖譜分析，該顯微鏡具體參數(shù)見 表 。 表 Axio Imager A1m 參數(shù) 第 15 頁 共 37 頁 型號 儀器放大倍數(shù) 目鏡放大倍數(shù) 物鏡放大倍數(shù) Axio Imager A1m X 10X、 16X、 25X 5X、 10X、 20X、 50X、 100X X—射線相分析設(shè)備 D/maxRB： D/maxRB 粉晶樣品的定性、定量、動態(tài)高溫 X 射線衍射分析。配有高溫附件，可進行從室溫至 1500℃ 的動態(tài)高溫 X 射線衍分析。 X 射線衍射儀常規(guī)分析可用于無機和有機小分子的固體化合物物相的定性、定量及結(jié)構(gòu)分析，納米材料的粒度表征 , 催化學(xué)科合成新型催化劑的物相和結(jié)構(gòu)的表征，無機化學(xué)合成新型材料的鑒定，金屬材料腐蝕產(chǎn)物的剖析。 D/maxRB 的具體性能參數(shù)，見表 。 表 D/maxRB 參數(shù) 型號 電壓 電流 2θ 銅靶波長 D/maxRB 60 千伏 200 毫安 1420 埃 由于本實驗主要是進行定性分析，因此角度范圍為 30100176。速度為 7186。/mm。取點為 ， 電壓為 40kv， 電流為 100Ma。 熱處理工藝方法及選擇 (1)預(yù)選熱處理選擇 正火 正火通常是把鋼加熱到臨界溫度 Ac3 或 Acm線以上，保溫一段時間，然后進行空冷。正火目的是在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化。 正火的主要應(yīng)用范圍有： ① 用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)處理。 ② 用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作 為最后熱處理，也可作為用感應(yīng)加熱方法進行表面淬火前的預(yù)備處理。 ③ 用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。 ④ 用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。 ⑤ 用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。 ⑥ 用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。 ⑦ 過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球?；?。 退火 退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱 到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢〞r間，然后緩慢冷卻以達到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 第 16 頁 共 37 頁 退火目的是降低硬度，改善切削加工性；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。 退火工藝分類 根據(jù)鋼的化學(xué)成分和退火目的的不 同，退火工藝種類很多。其中按加熱溫度可分為兩大類：一是臨界溫度 （ Ac1 或 Ac3）以上的退火，稱為 “相變重結(jié)晶退火 ”，包括完全退火、不完全退火、晶粒粗化退火、擴散退火和球化退火等；二是加熱到臨界溫度（ Ac1 或 Ac3）以下的退火，稱為 “低溫退火 ”，包括軟化退火、再結(jié)晶退火和去應(yīng) 力退火等。下面介紹幾種常用的退火工藝 完全退火：將亞共析鋼加熱至 Ac3 以上 2030℃ ，保溫足夠時間奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻，從而得到接近平衡的組織，這種熱處理工藝稱為完全退火。 完全退火只適用于亞共析鋼，不宜用于過共析鋼，過共析鋼緩冷后會析出網(wǎng)狀二次滲碳體。使鋼的強度、塑性和韌性大大降低。 不完全退火：不完全退火又叫不完全重結(jié)晶退火，是將鋼加熱到 Ac1 與 Ac3 或 Ac1 與 Acm 之間某一溫度，保溫后緩慢冷卻下來，使鋼組織發(fā)生不完全重結(jié)晶。 不完全退火可用于亞共析鋼也可用于共析鋼。不完全退火的目的與完全退火 相同，都是通過相變重結(jié)晶來細(xì)化晶粒，改善組織，去除應(yīng)力，改善切削性能，只是由于重結(jié)晶不完全而程度稍差，但卻能節(jié)約時間，降低費用，提高生產(chǎn)率。 球化退火：球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。 將鋼加熱到 Ac1以上 2030℃ ，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。 球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長 大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火。 球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到 Ac1 以上 2030℃ ，保溫適當(dāng)時間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到 500℃ 左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于 Ar1 的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的 倍。等 第 17 頁 共 37 頁 溫后隨爐冷至 500℃ 左右出爐空冷。和普通球化退火相比，等溫球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組 織均勻，并能嚴(yán)格地控制退火后的硬度。 結(jié)合 3Cr2W8V 鋼的實際特點，對正火和退火的優(yōu)缺點以及適用范圍進行比較，發(fā)現(xiàn)正火和退火都能滿足實驗要求，但是為了實驗的精確性，并且退火能夠細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，最終我們選擇退火作為預(yù)選熱處理，在退火具體工藝的選擇過程中，等溫球化退火不僅適用于 3Cr2W8V 鋼，并且球化組織均勻，并能嚴(yán)格地控制退火后的硬度。時間短，生產(chǎn)效率高。綜上所述，最終選擇等溫球化退火作為預(yù)選熱處理。 (2)最終熱處理的選擇 淬火 將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保持一定時間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻 ，以獲得非擴散型轉(zhuǎn)變組織，如馬氏體、貝氏體和奧氏體等的熱處理工藝。 淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。 常用的淬火方法有單液淬火法、中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法）、分級淬火法、等溫淬火法。 單液淬火法，把已加熱到淬火溫度的工件淬入一種淬火介質(zhì)，使其完全冷卻。它是最簡單的淬火方法， 常用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件 ， 優(yōu)點是操作簡單，易于實現(xiàn)機械化，應(yīng)用廣泛。缺點是在水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。 中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法），把加熱到淬火溫度的工件，先在冷卻能力較強的淬火介質(zhì)中冷卻至接近 Ms 點，然后轉(zhuǎn)入慢冷的淬火介質(zhì)中冷卻至室溫，以達到在不同淬火冷卻溫度區(qū)間，有比較理想的淬火冷卻速度?？捎糜谛螤顝?fù)雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時刻，轉(zhuǎn)換過早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。 分級淬火法，把工件由奧氏 體化溫度淬入高于該種鋼馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度的淬火介質(zhì)中，在其中冷卻直至工件各部分溫度達到淬火介質(zhì)的溫度，然后緩慢