【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 調(diào)質(zhì)熱處理的方法達(dá)到目的。因此本人對(duì)E級(jí)鋼進(jìn)行了優(yōu)化淬火溫度和優(yōu)化回火溫度的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)鐵碳相圖，我們可以知道E級(jí)鋼的Ac3大概在820～830℃，因此可以確定淬火溫度為880℃，然后分別在500℃、550℃、600℃和650℃回火，優(yōu)化出回火溫度。分別在850℃、880℃、910℃和940℃進(jìn)行淬火，然后在上一步中優(yōu)化出的回火溫度進(jìn)行回火。保溫時(shí)間：淬火2小時(shí)，回火3小時(shí)冷卻方式：淬火水冷，回火空冷 分析測(cè)試方法 常溫拉伸性能測(cè)試ZG28MnCrMo合金常溫的拉伸試驗(yàn)分為三個(gè)階段：彈性階段：隨著拉力的增加，鋼筋開(kāi)始伸長(zhǎng)。因?yàn)閼?yīng)力與應(yīng)變是一條直線，即兩者成比例關(guān)系。我們稱之為彈性階段；屈服階段；隨著拉力的繼續(xù)加大，材料開(kāi)始急劇變形。由于鋼材的特性（即在受到很大拉力開(kāi)始頸縮時(shí)，由于分子結(jié)構(gòu)之間的作用，強(qiáng)度開(kāi)始增大），應(yīng)力會(huì)繼續(xù)增加，但變形會(huì)急劇增大。處于僵持階段；破壞階段：當(dāng)拉力繼續(xù)增大，材料的應(yīng)力達(dá)到極限，會(huì)突然斷裂，于是試驗(yàn)結(jié)束。試樣常溫拉伸試驗(yàn)在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。拉伸試樣采用Φ5mm50mm標(biāo)準(zhǔn)試樣。試驗(yàn)時(shí)所處的環(huán)境為室溫，見(jiàn)圖22。圖22 拉伸試樣簡(jiǎn)圖 零下60℃低溫沖擊韌性測(cè)試沖擊韌性是反映金屬材料對(duì)外來(lái)沖擊負(fù)荷的抵抗能力，一般由沖擊韌性值（ak）和沖擊功（Ak）表示，其單位分別為J/cm2和J（焦耳）。工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測(cè)定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak。 而用試樣缺口處的截面積F去除Ak，可得到材料的沖擊韌度（沖擊值）指標(biāo)，即ak=Ak/F，其單位為kJ/m2或J/cm2。 因此，沖擊韌度ak表示材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。ak值的大小表示材料的韌性好壞。U形沖擊試樣的標(biāo)準(zhǔn)試樣長(zhǎng)度為55mm，寬度為10mm。試驗(yàn)時(shí)所處的環(huán)境為室溫和零下60℃低溫。試樣見(jiàn)圖23所示。圖23拉伸試樣見(jiàn)圖 硬度測(cè)試硬度測(cè)試是一種常用的性能測(cè)試方法，布氏硬度的測(cè)定原理是用一定大小的試驗(yàn)力F(N)，把直徑為D（mm）的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕平均直徑d (mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根據(jù) d 從已備好的布氏硬度表中查出HB值。布氏硬度試驗(yàn)是所有硬度試驗(yàn)中壓痕最大的一種試驗(yàn)法，它能反映出材料的綜合性能，不受試樣組織顯微偏析及成分不均勻的影響，所以它是一種精度較高的硬度試驗(yàn)法。在冶金、鍛造、鑄造、未經(jīng)淬火鋼及有色金屬等工業(yè)領(lǐng)域、實(shí)驗(yàn)室、大專院校和科研單位內(nèi)廣泛使用。當(dāng)被測(cè)樣品過(guò)小或者布氏硬度（HB）大于450時(shí)，就改用洛氏硬度計(jì)量。，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕深度求出材料的硬度。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C為三種不同的標(biāo)準(zhǔn)。稱為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。洛氏硬度實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)今所有使用的幾種普通壓痕硬度實(shí)驗(yàn)的一種。（10Kgf），最后根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度值。標(biāo)尺A使用的是球錐菱形壓頭，（60Kgf）；（1/16英寸）的鋼球作為壓頭，（100Kgf），因此標(biāo)尺B適用于較軟的材料檢測(cè)。標(biāo)尺C適用于較硬的材料檢測(cè)。 　　最常用標(biāo)尺是HRC、HRB和HRA，其中HRC標(biāo)尺用于測(cè)試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗(yàn)方法。HRB標(biāo)尺用于測(cè)試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRA標(biāo)尺用于測(cè)試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實(shí)際應(yīng)用上一般只限于測(cè)試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。本試驗(yàn)回火態(tài)組織測(cè)量布氏硬度，在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行。淬火態(tài)組織測(cè)量洛氏硬度，在洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行。 顯微組織觀察對(duì)不同處理狀態(tài)的試樣在金相專用砂紙上研磨后再到拋光機(jī)上拋光，拋光液通常采用Al2OMgO或Cr2O3等細(xì)粉末（～1μm）在水中的懸浮液。待磨到試樣在金相顯微鏡下沒(méi)有明顯的劃痕后使用4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕10s，接著用清水沖干試樣再用酒精漂洗，然后在室溫條件下風(fēng)干或用吹風(fēng)機(jī)吹干再進(jìn)行金相組織觀察。金相組織觀察在OLYMPUSGX71型數(shù)碼金相顯微鏡上進(jìn)行，并對(duì)典型的組織區(qū)域進(jìn)行照相。第3章 優(yōu)化回火溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 溫度對(duì)試樣顯微組織的影響 回火溫度對(duì)試樣顯微組織的影響(d)(c)(b)(a)不同回火溫度得到試樣調(diào)質(zhì)態(tài)的顯微組織分別如圖31所示：(a)500℃回火(b)550℃回火(c)600℃回火(d)650℃回火圖31回火后的組織圖31是ZG28MnCrMo在不同回火溫度下的組織?？梢钥闯?，ZG28MnCrMo高溫回火后的后的組織均由回火索氏體組成，其差異僅在于組織形態(tài)、大小的不同。當(dāng)ZG28MnCrMo在880℃淬火，500℃、550℃、600℃和650℃回火時(shí)，均得到回火索氏。隨著回火溫度的升高，均勻化，見(jiàn)圖31。 淬火溫度對(duì)試樣顯微組織的影響 淬火溫度對(duì)試樣淬火態(tài)顯微組織的影響不同淬火溫度得到試樣淬火態(tài)顯微組織分別如圖32所示。(b)(a)(c)(d)a)850℃淬火b)880℃淬火c)910℃淬火d)940℃淬火(a)850℃淬火(b)880℃淬火(c)910℃淬火(d)940℃淬火圖32不同淬火溫度下的金相組織由圖32可以看出，淬火后的組織均為馬氏體加上少量的殘余奧氏體，隨著淬火溫度的升高，馬氏體的數(shù)量越來(lái)越多，殘余奧氏體越來(lái)越少，馬氏體板條增多。 淬火溫度對(duì)試樣回火顯微組織的影響(a)不同淬火溫度得到試樣回火態(tài)顯微組織如圖33所示。(b)(a)850℃淬火(b)880℃淬火(c)910℃淬火(d)940℃淬火回火溫度均為550℃圖33不同調(diào)質(zhì)處理下的金相(d)(c)(a)850℃淬火(b)880℃淬火(c)910℃淬火(d)940℃淬火回火溫度均為550℃續(xù)圖33不同調(diào)質(zhì)處理下的金相由圖32可以看出，在850℃和880℃淬火，550℃回火后的金相組織中，回火索氏體數(shù)量較少，且分布不均勻，而在910℃淬火，550℃回火后，回火索氏體的數(shù)量增多，并且很均勻，當(dāng)淬火溫度到達(dá)940℃時(shí)，回火后的組織長(zhǎng)大。 回火溫度對(duì)試樣力學(xué)性能的影響通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以揭示金屬相料在靜載荷作用下常見(jiàn)的三種失效形式即過(guò)量彈性變形、塑性變形和斷裂。還可以確定出金屬材料的最基本力學(xué)性能指標(biāo)，如同屈服強(qiáng)度σs、抗拉強(qiáng)度σb、斷后伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率Ψ。這些性能指標(biāo)都具有一定的實(shí)用意義，它們既是機(jī)件或構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)，又是評(píng)定和選用金屬材料及其加工工藝的主要依據(jù)。不同回火溫度條件下，對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表31。表31拉伸試驗(yàn)結(jié)果回火溫度/℃抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa斷面收縮率斷后伸長(zhǎng)率500550600650 回火溫度對(duì)試樣拉伸性能的影響根據(jù)表31的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同回火溫度對(duì)ZG28MnCrMo的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度有很大的影響，他們隨回火溫度變化的折線圖分別如圖34所示。由圖34可以看出，隨著回火溫度的增加，試樣的抗拉強(qiáng)度基本上呈線性下降。圖34試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨溫度的變化試樣的屈服強(qiáng)度的變化趨勢(shì)是隨著回火溫度的增加，屈服強(qiáng)度呈先緩慢下降后直線下降的趨勢(shì)，這個(gè)拐點(diǎn)的溫度是550℃。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)基本上是保持一致的，整體上是隨著回火溫度的的增加而下降的趨勢(shì)。所以，對(duì)他們產(chǎn)生這種變化趨勢(shì)的影響因素也應(yīng)該是相一致的。出現(xiàn)上述變化規(guī)律可作如下解釋：這是由于彌散強(qiáng)化引起的，回火時(shí)，馬氏體中的碳化物不斷析出，溫度越高析出物越粗大，強(qiáng)化效果越差，所以隨著回火溫度升高，試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。圖35 試樣的斷面收縮率和斷后延伸率隨回火溫度的變化根據(jù)表31的試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以得到不同回火溫度對(duì)試樣的斷面收縮率和斷后延伸率有一定的影響，他們隨回火溫度的變化的折線圖分別如圖35所示。由圖35可以看出試樣的斷面收縮率和斷后延伸率隨著回火溫度的上升而上升。試樣的斷面收縮率和斷后延伸率的變化趨勢(shì)基本上也是保持一致的，他們產(chǎn)生這種變化趨勢(shì)的原因是隨著回火溫度的增加，試樣的強(qiáng)度和硬度下降，塑性上升。斷面收縮率和斷后延伸率都是反映材料的塑性；塑性上升，斷面收縮率和斷后延伸率也隨之上升。 回火溫度對(duì)試樣沖擊韌性的影響沖擊韌性是反映金屬材料對(duì)外來(lái)沖擊負(fù)荷的抵抗能力，一般由沖擊韌性值（ak）和沖擊功（Ak）表示，其單位分別為J/cm2和J（焦耳）。工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測(cè)定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak。隨著溫度的降低，大多數(shù)鋼材的強(qiáng)度有所增加，而韌性下降。金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的脆性稱為冷脆性。材料由延性破壞轉(zhuǎn)變到脆性破壞的上限溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。本實(shí)驗(yàn)主要研究試樣冷脆性在不同回火溫度條件下，對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣在60℃進(jìn)行沖擊試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表32：表32 60℃沖擊檢驗(yàn)記錄編號(hào)沖擊功（60℃）平均值115202353535350505046580根據(jù)表32的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同回火溫度對(duì)熱處理以后的試樣沖擊韌性有很大的影響，他們隨碳含量變化的折線圖分別如圖36所示：圖36試樣的沖擊韌性隨回火溫度的變化由圖36可以看出，試樣在60℃的沖擊韌性隨著回火溫度的上升而幾乎呈線性上升。這是由于彌散強(qiáng)化引起的，回火時(shí)，馬氏體中的碳化物不斷析出，溫度越高析出物越粗大，強(qiáng)化效果越差，所以隨著回火溫度升高，試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度越來(lái)越低，而沖擊韌性越來(lái)越好。 回火溫度對(duì)試樣硬度的影響硬度測(cè)試是檢測(cè)材料性能的重要指標(biāo)之一，也是最快速最經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)方法之一。之所以能成為力學(xué)性能試驗(yàn)的常用方法，是因?yàn)橛捕葴y(cè)試能反映出材料在化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和處理工藝上的差異。常被作為監(jiān)督手段應(yīng)用于各行各業(yè)。不同回火溫度條件下，對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣進(jìn)行布氏硬度的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算并取平均值得到數(shù)據(jù)見(jiàn)表33。表33不同回火溫度后的布氏硬度編號(hào)淬火溫度/℃回火溫度/℃硬度值/HBW1880500234288055022638806002174880650200根據(jù)表33的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同回火溫度對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣布氏硬度有很大的影響，他們隨碳含量變化的折線圖分別如圖37所示：由圖37可以看出，經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣布氏硬度隨著回火溫度的升高單調(diào)下降；但是從整體上看試樣布氏硬度隨著回火溫度的增加并沒(méi)有顯著變化。隨著回火溫度的升高，由于碳化物的進(jìn)一步析出與長(zhǎng)大并減弱了馬氏體的固溶強(qiáng)化，終將導(dǎo)致硬度的顯著下降。殘余奧氏體的分解雖然對(duì)提高硬度略有貢獻(xiàn)，但它只能延緩碳化物析出造成的硬度下降，因此隨著回火溫度的繼續(xù)升高，硬度總的呈逐漸下降的趨勢(shì)。圖37不同回火溫度后的試樣的布氏硬度由圖37可以看出，經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣布氏硬度隨著回火溫度的升高單調(diào)下降；但是從整體上看試樣布氏硬度隨著回火溫度的增加并沒(méi)有顯著變化。隨著回火溫度的升高，由于碳化物的進(jìn)一步析出與長(zhǎng)大并減弱了馬氏體的固溶強(qiáng)化，終將導(dǎo)致硬度的顯著下降。殘余奧氏體的分解雖然對(duì)提高硬度略有貢獻(xiàn)，但它只能延緩碳化物析出造成的硬度下降，因此隨著回火溫度的繼續(xù)升高，硬度總的呈逐漸下降的趨勢(shì)。 不同淬火溫度對(duì)試樣力學(xué)性能的影響通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以揭示金屬相料在靜載荷作用下常見(jiàn)的三種失效形式即過(guò)量彈性變形、塑性變形和斷裂。還可以確定出金屬材料的最基本力學(xué)性能指標(biāo)，如同屈服強(qiáng)度σs、抗拉強(qiáng)度σb、斷后伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率Ψ。這些性能指標(biāo)都具有一定的實(shí)用意義，它們既是機(jī)件或構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)，又是評(píng)定和選用金屬材料及其加工工藝的主要依據(jù)。不同淬火溫度，回火溫度為550℃的條件下，對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表34。表34拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果淬火溫度/℃抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MPa斷面收縮率（A%）斷后伸長(zhǎng)率（Z%）850℃880℃910℃940℃ 淬火溫度對(duì)試樣拉伸性能的影響根據(jù)表34的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同淬火溫度對(duì)ZG28MnCrMo的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度有很大的影響，他們隨淬火溫度變化的折線圖如圖38所示。圖38試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨淬火溫度的變化由圖38可以看出，在550℃回火的情況下，隨著淬火溫度的升高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度先升高，后下降，910℃淬火后的試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最大。這是由于淬火溫度為910℃時(shí)，奧氏體晶粒尺寸正合適，試樣完全奧氏體化，850℃和880℃淬火時(shí)，試樣不能完全奧氏體化，從而導(dǎo)致最終熱處理后的組織不能達(dá)到預(yù)期的組織，940℃淬火時(shí)，奧氏體經(jīng)理粗大，從而導(dǎo)致最終熱處理后的金相組織粗大。 淬火溫對(duì)試樣沖擊韌性的影響沖擊韌性是反映金屬材料對(duì)外來(lái)沖擊負(fù)荷的抵抗能力，一般由沖擊韌性值（ak）和沖擊功（Ak）表示，其單位分別為J/cm2和J（焦耳）。工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測(cè)定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak。隨著溫度的降低，大多數(shù)鋼材的強(qiáng)度有所增加，而韌性下降。金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的脆性稱為冷脆性。材料由延性破壞轉(zhuǎn)變到脆性破壞的上限溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。本實(shí)驗(yàn)主要研究試樣冷脆性在不同淬火溫度，相同回火溫度條件下，對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理以后的試樣在60℃進(jìn)行沖擊試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表35。表35 60℃沖擊檢驗(yàn)記錄編號(hào)沖擊功（60℃）平均值135454023540320254202020