1、 金屬材料工程專業課程設計題目 45鋼的正火處理工藝設計學院： 專業： 姓名： 學號： 目 錄一概述 1.1熱處理的應用領域及原理 21.2正火熱處理的目的和作用 31.3 45#鋼的材料性能 3二. 工藝方案 2.1正火處理熱工藝設備 52.2試驗技術要求：5 2.3 45#鋼正火處理溫度選擇 52.4保溫時間52.5測定試樣各項性能指標并與預期要求進行對比52.6設計方案工藝圖5三. 工藝試驗7四. 結果與分析 10五. 結論 15六. 參考文獻 16一、 概述1.1熱處理的應用領域及原理熱處理是通過加熱和冷卻固態金屬的操作方法來改變其內部組織結構，并獲得所需性能的一種工藝。 熱處理不僅可

2、以強化金屬材料、充分發揮其內部潛力、提高或改善工件的使用性能和工藝性能，而且還是提高加工質量、延長工件和刀具使用壽命、節約材料、降低成本的重要手段。所以，機械、交通、能源以及航空航天等工業部門的大多數零部件和一些工程構件，都需要通過熱處理來提高產品質量和性能。例如，機床工業的6070零件，汽車、拖拉機的7080零件，飛機的幾乎全部零件都要熱處理。 根據熱處理的目的、要求以及加熱和冷卻條件的不同，金屬材料熱處理可分為退火、正火、淬火、回火及表面熱處理等五種基本方法。 鋼的熱處理原理主要是利用鋼在加熱和冷卻時內部組織發生轉變的基本規律，根據這些基本規律和要求來確定加熱溫度、保溫時間和冷卻介質等有關

3、參數，以達到改善材料性能的目的。 熱處理方法雖多，但任何一種熱處理都是由加熱、保溫和冷卻三個階段組成的，因此可以用“溫度一時間”曲線圖表示。1.2正火熱處理的目的和作用熱處理是將鋼件在一定的介質中加熱到一定的溫度并保溫一定的時間，然后冷卻，以期改變其整體或者表面組織，從而獲得所需要的性能的一種熱加工工藝。 正火的目的對于低碳鋼退火后硬度太低，切削加工性能不好，正火時用較快的冷卻速度，能改變其顯微組織，提高硬度，改善切削性能。對于含碳量在025o5的中碳鋼，正火能細化晶粒，使組織均勻，同時硬度也不高，切削性能良好，與退火相比成本也較低，另外正火還有細化奧氏體晶粒，消除魏氏組織的作用。亦可消除網狀

4、滲碳體組織。正火是將剛加熱到Ac3(或Acm)以上適當溫度，保溫后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。本次課程設計所用的材料為45#鋼，屬于中碳鋼，其工藝加工目的為：消除組織缺陷、保持硬度、為調質做準備。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體量相對較多，且片層較細密，故性能有所改善，細化了晶粒，改善了組織，消除了殘余應力。對低碳鋼來說，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對于高碳鋼，則正火可消除網狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織準備。1.3 45#鋼的材料性能45#鋼：45#鋼，是GB中的叫法，JIS中稱為：S45C,ASTM中稱為1045,080M46

5、，DIN稱為：C4545#鋼是普通的中碳結構鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應用廣泛。45#鋼化學成分為：含碳（C）量是0.420.50%，Si含量為 0.170.37%，Mn含量0.500.80%，Cr含量0.25%，Ni含量0.30%。， Cu含量0.25%。45#鋼主要用途： 調質處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨。可用調質表面淬火提高零件表面硬度。本次實驗選用的材料為：用砂輪切割機切100mm長，直徑50mm的圓鋼45#鋼相圖二、 工藝方案2.

6、1正火處理熱工藝設備：箱式電阻爐、夾鉗、HB-3000B-I布氏硬度計、讀數顯微鏡、WE-200型液壓式萬能材料試驗機、M2預磨機、P-2G金相試樣拋光機、金相砂紙、拋光布、金剛石拋光膏和金相顯微鏡。2.2試驗技術要求：熱處理后的力學性能：以2040×100mm試樣為試驗對象，要求熱處理后的力學性能指標：抗拉強度大于500Mpa，屈服強度大于350Mpa，延伸率大于10%，硬度HB180以上；2.3 45#鋼正火處理溫度選擇： 850正火時的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據 Fe-Fe3C相圖確定（如下圖所示）。對于45鋼（亞共析鋼），其加熱溫度為Ac3、Accm+ 30 5

7、0。加熱溫度工 件 形 狀 圓 柱 形 方形板 形 保 溫 時 間 分鐘/每毫米直徑分鐘/每毫米厚度分鐘/每毫米厚度7001.52.2380011.529000.81.21.610000.40.60.82.4保溫時間：保溫加熱時間是將試樣加熱到正火溫度所需的時間及在正火溫度停留保溫所需時間的總和。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質及加熱方法等因素有關，一般可按照經驗公式來估算，碳鋼在電爐中加熱時間的計算如右表所示。2.5測定試樣各項性能指標并與預期要求進行對比2.6設計方案工藝圖試件號Ac3/ 熱處理溫度/ 保溫時間/ min 冷卻介質1、2、378085035空氣478085

8、0150空氣加熱，保溫，冷卻曲線時間溫度Ac3 (Accm) + 30 50空冷三、 工藝試驗3.1試驗過程1.材料截取及表面處理(1)截取3個50×30mm、1個50×240mm的45#鋼件標記為1、2、3、4號。(2)將試件表面磨平。2.材料處理前的力學性能測試(1)將1、2、3號試樣用HB-3000B-I布氏硬度計測試熱處理前的硬度。(2)磨光，拋光試樣表面，經腐蝕后觀察金相組織拍照保存留用。3.材料的熱處理(1)將1、2、3號試樣放入箱式電阻爐中850下保溫35min。(2)將4號試樣放入箱式電阻爐中850下保溫150min。(3)將4個試樣取出置于空氣中冷卻。4.

9、材料處理后的力學性能測試(1)將1、2、3號試樣在布氏硬度計上不同的三個部位打硬度，記下硬度值并求出平均值。(2)將4號試樣經過車床加工后后用于拉伸試驗，并記錄數據。(3)將1、2、3號試樣在線切割機上沿中間部分徑向切開，然后打磨、拋光，制作金相試樣，觀察金相組織并照相。5.金相顯微組織觀察(1)取樣：(2)打磨：200金相砂紙600金相砂紙800金相砂紙1200金相砂紙(3)拋光：拋光劑為金剛石拋光膏，直至試樣表面無劃痕。(4)腐蝕:試樣拋光面侵入3%硝酸酒精侵蝕劑中，面呈暗灰色，用水沖洗。(5)烘干：用吹風機吹干。(6)顯微攝影：用金相顯微鏡對拋光后腐蝕的表面進行拍照。6.對試驗數據進行整

10、理、分析并完成試驗報告。3.2試驗結果（原始數據）1、2、3#試樣硬度試驗：45#鋼正火前：試件號試驗數據d1/mmd2/mmd/mm平均值/mm11.3395.8054.4664.4530.615.0454.4350.3944.8514.45720.1944.6044.414.4020.4694.8924.4231.75.0754.37530.2754.7024.4274.4441.085.544.461.3785.8244.44645#鋼正火后：試件號試驗數據d1/mmd2/mmd/mm平均值/mm11.1315.4874.3564.4420.645.034.590.4244.8034.3

11、7921.2095.5854.3764.3821.485.864.381.3195.7094.3930.4354.8514.4164.361.6536.0684.4150.524.874.254#試樣拉伸試驗： r0/mm5A078.5L0/mm50r/mm4.05A51.5L/mm63r/mm0，95A27.0L/mm13Fb/N44245b/MPa558.99s/MPa558.99E/MPa8764.87p/MPa409.41Fp/N32434四、結果與分析4.1硬度測量結果及分析材料編號試件厚度正火工藝硬度值加熱溫度保溫時間冷卻方式處理前(HB)處理后(HB)45#135mm85035m

12、in空冷183184225mm85035min空冷187189334mm85035min空冷184191表1硬度試驗分析：從表1中，我們可以看出相同截面的同種實驗材料（454#鋼）在未處理和在經歷了同種溫度同樣時間的熱處理工藝的基礎上，展現出的硬度測試值是基本相同的。但此次實驗中各個材料的具體測試值還是有一定差距的，具體體現在未處理前金相試樣的硬度值最小差距為1HB，最大差距為4HB，熱處理完成后，其硬度值差距變大，甚至不滿足之前未處理時的硬度變化規律，其差距最小為5HB，最大為7HB。分析其原因為測量誤差和試驗較少，出現個體差異。且本次實驗的初始試樣已經達到實驗設計要求，這可能是由于原材料本

13、身在出廠前就已經進行過了正火處理或其它工藝處理。4.2試樣處理前后金相照片及分析未處理的試樣金相組織圖片： 處理后的試樣金相組織圖片：1#： 2#： 3#： 4.3金相組織照片分析：如Fe-Fe3C相圖所示，45#鋼C含量為0.45%，屬于亞共析鋼。試樣在850（A3線以上）時保溫35min后經空氣冷卻后，優先從奧氏體晶界析出先共析鐵素體，然后奧氏體與鐵素體的成分分別 沿GS和GP線變化。到達PS線時，剩余奧氏體發生共析轉變，形成珠光體，PS線以下，從鐵素體中析出Fe3C，但由于析出量很少，不影響組織形態，故可以忽略，所以最后的組織為鐵素體加珠光體。金相組織圖片中黑色粒狀為珠光體，白色為鐵素體

14、基體。對比未處理的試樣與處理后的試樣金相組織圖片，原始試樣中晶粒粗大且組織分布不均勻，而在處理后的 1#、3#試樣中可以很明顯看出珠光體晶粒變小，大概在2030µm左右，組織分布均勻化。達到了正火細化晶粒，均勻組織的目的。而對于2#試樣，由于試驗中出現的問題，金相組織顯得很模糊，但在顯微鏡放大下可以看出其中的珠光體、鐵素體以及一些共析組織。4.4.拉伸試驗數據結果拉伸試樣圖4.5.拉伸試驗分析上圖為正火、調質、退火低碳鋼，低碳鋼，低合金結構鋼，工業純鐵等的拉伸應力應變曲線圖樣，在比較圖譜的時候發現此圖更像是調質鋼、有色金屬等的拉伸應力應變曲線，說明本次實驗中此試樣的處理出現了部分低溫

15、回火的現象，這與實驗的處理及拉伸式樣的制作出現的誤差有關。五、結論通過本次的課程設計，我了解到了材料的工藝設計要求與完成工藝要求需要進行的工藝設計、操作、數據處理、分析比較等多方面的知識。在整個課程設計的過程出現了較多的操作問題，很多問題是設計工藝上的，比如之前的課程設計我設計了九個試樣在3種不同溫度、三種不同的冷卻時間處理下的工藝流程，在進行小組討論及分析后，我們在結合、采納了多名同學的意見和建議的基礎上完成了本次課程設計的工藝流程設計。我想這是通過探討我發現的自身在熱處理工藝方面的不足的良好機會。此外，在課程設計之初，我們將實驗操作的流程看的過于簡單，直到自己上手進行具體操作時才發現，自身

16、的各種不足，譬如，金相試樣在拋光處理后出現了試樣過大，無法在金相顯微鏡下進行測量的情況，正火工藝時具體加熱的保溫的時間，打磨金相時具體操作出現不熟練的情況，這些都是我們事先沒有預估計到的。不過，通過現場的探討，詢問老師，及上網查閱相關的資料等手段，我們在經歷磕磕碰碰的小問題的同時，順利的完成了課程設計的各項既定任務，這也是很值得我們開心的。課程設計給我上的最好的一課是在動手能力和處理問題的能力上，切金相試樣，打磨金相試樣，短短幾個字卻包含著很多的動手操作，有時候因為自己手上一點點的不在意，一個試樣就報廢，需要從頭再來，處理問題的能力就現得更加明顯了，在工藝方案完成的時候，大家都覺得本次的課程設計會很順利的進行，但是，沒想到具體操作起來會有這么多的“攔路虎”，他們是我們之前沒有考慮到的細節問題，萬能拉伸機怎么拉實驗，拉伸速度怎么給，拉伸試樣怎么做，這些都著實為難了我們一把。回顧起此課程設計，現在我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我