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20号钢热处理工艺对组织性能的影响

名称及性质
20号钢,%,该钢属于优质低碳碳素钢,冷挤压、深碳淬硬钢。该钢强度低,韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa,伸长率≥24%。,无冲击韧度。
应用
冷变形塑性高,一般供弯曲、压延用,为了获得好的深冲压延性能,板材应正火或高温回火;用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件,如轴套、螺钉、杠杆轴、变速箱变速叉、齿轮、重型机械拉杆、钩环等,还可用于表面硬度高而心部强度要求不大的渗碳于***化零件。
实验目的
测定含碳量,加热温度,加热时间,冷却速度等因素对20号钢的影响,本实验还研究一般材料成分、组织及性能的关系,探寻成分、组织与性能之间存在着的对应关系和规律,加深理论知识的熟悉程度和应用能力的提高。

完成测定试样硬度,制备金相样品,观察组织,照相,分析,出报告等任务。

[1]
表1 20号钢的化学成分
品名
化学成分(重量百分比)
position(WT%)
碳
(C)
锰
(Mn)
磷
(P)
硫
(S)
镍
(Ni)
铬
(Cr)
硅
(Si)
铜
(Cu)
20号钢
~
~
≤
≤
≤
≤
~
≤
表2 20号钢的力学性能
机械性质
Mechanicai properities
硬度
(HB)
抗拉强度
(Mpa)
屈服强度
(Mpa)
伸长率
%
面积缩减
%
冲击功
(J)
热轧钢156
≥420
≥250
≥25
≥55
无

根据对含碳量,加热温度,加热时间,冷却速度对碳钢材料硬度的影响资料的检索得到如下的相关数据:
表3含碳量对碳钢硬度的影响
材料
时间

20钢/Wc=%
2
615
4
1100
45钢/Wc=%
2
2400
4
2800
T8钢/Wc=%
2
2800
4
3900
T12钢/Wc=%
2
4100
4
4400
随钢中碳含量的增加,表面硬度也随之增高。
表4 加热温度对碳钢硬度的影响
加热温度/℃
硬度HRC
加热温度/℃
硬度HRC
850

1000

900

1050

950

随着再加热温度的升高宏观硬度下降
200
1999
185
190
164
119
100
168
172
0
1
2
3
4
10
191
150
150
126
196
硬度HV
图1 保温时间(分)
在本试验条件下,试样硬度随加热保温时间的变化而发生曲折的变化。当试样还未发生奥氏体化时,硬度随着温度时间的增加而提高;当试样刚开始奥氏体化至刚完全奥氏体化为止,硬度随着奥氏体化转变量的增加而下降;当试样完全奥氏体化后,随着保温时间的延长,硬度缓慢升高。
表5 冷却速度对碳钢硬度的影响
热处理工艺
硬度(HRC)
1040℃ 1h油冷+565℃ 2h空冷

1040℃ 1h炉冷(5℃/min降温)+565℃ 2h空冷

1040℃ 1h炉冷(1℃/min降温)+565℃ 2h空冷

1040℃ 1h炉冷(℃/min降温)+565℃ 2h空冷

综合上述影响因素,本实验我们选取20号钢来对碳钢经行热处理工艺分别分析含碳量、加热温度、加热时间、冷却速度对试样硬度性能的影响。
淬火:是将钢或合金加热到临界温度Ac1(过共析钢)或Ac3(亚共析钢)以上30~50℃,保温一定时间,使钢的组织全部或大部分奥氏体化,然后在水或油等介质中快速冷却,以得到高硬度的淬火马氏体组织的一种工艺方法。
①提高硬度和耐磨性;②提高弹性;③提高强韧性;④提高耐蚀性和耐热性。
总之,钢的强度、硬度、耐磨性、弹性、韧性、疲劳强度等等,都可以利用淬火与回火使之大大提高,所以,淬火是强化钢铁的主要手段之一。
所需实验器材
:粗细不同的打磨砂纸
:洛氏硬度计,箱式电炉,淬火用水槽
:抛光机,金相显微镜,***腐蚀液,酒精
:Neophot 21(包括图像分析仪)
:表面洛氏硬度计
消耗材料:20号钢试样、4%***酒精溶液、清洗酒