20号钢热处理工艺对组织性能的影响 - 图文

20号钢热处理工艺对组织性能的影响

1.前言

1.1 名称及性质

20号钢，含碳量为0.2%，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%。密度是7.85，无冲击韧度。 1.2 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氰化零件。 1.3 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。 1.4任务

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。 2.材料及实验

2.1材料的化学成分及力学性能[1]

表1 20号钢的化学成分 化学成分(重量百分比) Chemicai composition(WT%) 品名 碳 (C) 20号钢 0.17～0.24 锰 (Mn) 0.35～0.65 磷 (P) ≤0.040 硫 (S) ≤0.04 镍 (Ni) ≤0.25 铬 (Cr) ≤0.25 硅 (Si) 0.17～0.37 铜 (Cu) ≤0.25 表2 20号钢的力学性能 机械性质 Mechanicai properities 硬度 (HB) 热轧钢156 抗拉强度 (Mpa) ≥420 屈服强度 (Mpa) ≥250 伸长率 % ≥25 面积缩减 % ≥55 冲击功 (J) 无 2.2实验设计内容

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：

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表3含碳量对碳钢硬度的影响 材料 时间 硬度HV0.05 2 615 20钢/Wc=0.2% 4 1100 2 2400 45钢/Wc=0.45% 4 2800 2 2800 T8钢/Wc=0.8% 4 3900 2 4100 T12钢/Wc=1.2% 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 60.33 1000 56.67 900 59.67 1050 51.50 950 59.17 随着再加热温度的升高宏观硬度下降

200 1999 191

196 190

172 185 164 168 150 150 硬度 HV 126 119

100 1 2 3 4 0 10

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。

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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 36.1 1040℃ 1h炉冷（5℃/min降温）+565℃ 2h空冷 37.4 1040℃ 1h炉冷（1℃/min降温）+565℃ 2h空冷 37.4 1040℃ 1h炉冷（0.5℃/min降温）+565℃ 2h空冷 35.4 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。 2.3 所需实验器材

2.3.1样品预处理：粗细不同的打磨砂纸

2.3.2热处理：洛氏硬度计，箱式电炉，淬火用水槽

2.3.3样品后处理：抛光机，金相显微镜，硝酸腐蚀液，酒精 2.3.4材料图像分析：Neophot 21(包括图像分析仪) 2.3.5硬度实验：表面洛氏硬度计

2.4 消耗材料：20号钢试样 、4%硝酸酒精溶液 、清洗酒精 、 砂纸 2.5实验步骤

2.5.1 选取试样

2.5.2 用洛氏硬度计测试样硬度

2.5.3 将试样放入箱式电炉中按加热方案加热，保温，冷却 2.5.4 制取金相试样，再试样的硬度 2.5.5 用腐蚀剂腐蚀 2.5.6 再测表面硬度 2.5.7 观察组织形态 2.5.8 分析实验结果 2.6 加热方案

先将试样放入炉中，接通箱式电炉加热，查资料得20号钢的相变点温度（近似值）Ac1=735℃，Ac3=855℃，Ar3=835℃，Ar1=680℃，故将试样加热到890℃，然后保温，通过查阅相关资料，得到箱式电炉保温时间： 碳钢：t=1′/mm +(10′～ 30′)

合金钢：t=1.2 ′/mm +(30′～ 60′)

本试样为20号碳钢，则加热时间为：t?k?D?(10'~30') k为1'/mm D为工件有效厚度（单位/mm）

保温结束后，根据冷却方式空气冷，油冷，水冷分别进行冷却。

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图 2 热处理工艺曲线

2.7 制取金相试样

图3 制取金相试样流程图

2.8实验的安排

专题讲座及基础训练，分配题目（1天）

查阅资料，独立制定实验计划，交实验预习报告经老师神月批准（2天） 实验操作、记录实验数据和结果（5天） 分析结果，写出实验报告（2天） 2.9实验结果

表6金相经不同冷却速度的硬度 硬 淬火前硬度（HRC） 淬火后硬度（HRC） 冷却 方度 式 水冷 16.8 38.7 油冷 16.2 22 空冷 15.8 11.5

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图4 水冷 ×200

图5 油冷 ×200

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lwod.html