9sicr试验报告.docx
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9sicr试验报告
9SiCr钢的热处理工艺与组织性能之间的关系
摘要:
试验通过将9SiCr试件进行不同的热处理工艺,比较处理后得到组织的性能。
首先取6个9SiCr试件,分别进行正火、退火、淬火处理;并将其中三个淬火件在不同温度下(150℃、450℃、550℃)进行回火处理。
逐个对处理后的试件进行硬度测量,并对硬度值进行比较分析。
打磨剖光后观察显微组织,对比分析不同热处理方式对材料组织性能的影响。
9SiCr钢在900℃加热温度下正火,得到珠光体组织;在800℃下进行退火处理得到珠光体组织硬度下降塑性韧性增强;在850℃下进行淬火处理得到板条马氏体,具有较高的硬度和较好的韧性;淬火后的试件在150℃下进行回火处理,得到回火马氏体,部分消除了淬火钢的内应力,增加韧性,同时仍保持钢的高硬度;在450℃下进行回火处理,得到回火屈氏体,为铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物,具有很好的弹性和一定的韧性;在550℃下进行回火处理,得到回火索氏体,为铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物,具有良好的综合机械性能。
关键词:
9SiCr钢正火退火淬火回火马氏体
Theinfluenceofdifferentheattreatingfashiononorganizationandpropertiesof9SiCrsteel
Abstract:
Theexperimentiscontrastthefunctionafterthedifferentheattreatingtothe9SiCr.Inthefirstplace,preparesix9SiCrsamples,normalization、annealingandquench,thentakethreeofthequenchingsamplesheatindifferenttemperature.Measurethehardnessofthesamples,andthencontrastiveanalysis.Observetheorganizationsafterpolish,contrastiveandanalysistheinfluencebydifferentheattreatment.9SiCrsteelnormalizatingunder900℃,getthepearlite.Annealingunder800℃,getthepearlite,thehardnessdescendandtheplasticityandtenacityheighten.Quenchingunder850℃,getmartensite,highhardnessandhighetenacity.Backfirethequenchingsamplesunder150℃,getmartensite,partlyeliminatetheinternalstress,increasethetenacityandkeepthesteel’shighhardness.Backfireunder450℃,gettemperedtroostite,highelasticityandtencity.Backfireunder550℃,getsorbitehavefinemachineryfunction.
Keyword:
9SiCrsteelnormalizationannealingquenchbackfiremarrensite
第一章.绪论...........................................................5
1.19SiCr钢概况.....................................................5
1.1.19SiCr钢的组织特点及其合金元素对钢的作用...................5
1.1.29SiCr钢的性能特点及其热处理工艺..........................6
第二章.实验过程.....................................................8
2.1原材料及设备...................................................8
2.2实验过程.......................................................8
第三章实验结果及分析..................................................9
3.1组织分析.......................................................9
3.2硬度分析......................................................13
第四章结论...........................................................14
参考文献..............................................................15
第一章绪论
1.19SiCr钢概况
9SiCr钢比铬钢具有更高的淬透性和淬硬性,并且具有较高的回火稳定性。
适于分级淬火和等温淬火。
其主要缺点是加热时脱碳倾向性较大。
9SiCr钢通常用于制造形状复杂、变形小、耐磨性要求高的低速切削刃具,如钻头、螺纹工具、手动绞刀、搓丝板及滚丝轮等;也可以作冷作模具,如冲模、打印模等,此外,还用于制造冷轧辊,矫正辊以及细长杆件。
1.1.19SiCr钢的组织特点及其合金元素对钢的作用
1.9SiCr钢的组织特点:
9SiCr钢为合金工具钢,900℃加热温度下正火,得到珠光体组织;在800℃下进行退火处理得到珠光体组织;在850℃下进行淬火处理得到板条马氏体;淬火后的试件在150℃下进行回火处理,得到回火马氏体;在450℃下进行回火处理,得到回火屈氏体,为铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物;在550℃下进行回火处理,得到回火索氏体,为铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。
2.9SiCr钢中合金元素对钢的作用:
表1.19SiCr钢中合金元素含量表:
钢牌号
C
Si
Mn
Cr
S
p
9SiCr
0.85~0.95
1.20~1.60
0.30~0.60
0.95~1.25
小于0.030
小于0.030
①铬(Cr):
9SiCr中的Cr、Si元素提高淬透性,强化基体组织。
另外Cr元素融入Fe3C中,提高钢的硬度和耐磨性。
②硅(Si):
在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。
硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度。
在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅,强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
硅量增加,会降低钢的焊接性能。
③锰(Mn):
在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。
在钢中加入0.70%以上时,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能。
④磷(P):
在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%,优质钢要求更低些。
⑤硫(S):
硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%,优质钢要求小于0.040%。
1.1.29SiCr钢的性能特点及其热处理工艺
1.9SiCr钢的性能特点:
高碳合金工具钢,韧性较好,具有较好的回火稳定性,热处理时变形小。
该钢中碳化物分布均匀,不易析出碳化物网,并易于正火消除,通过正火可以消除网状以及粗片碳化物组织。
但是抗压强度和耐磨性不足,加工性较差。
该钢的表面残余含碳量为0.6%—0.7%的脱碳层时,由于碳化物的减少使得表面层的过热敏感性增大。
经正常加热淬火以后表面硬度仍可以达到60—62HRC,但其抗弯强度却下降40%—50%。
表面层晶粒度达到7级,心部为10级。
2.9SiCr钢的热处理工艺:
1.正火工艺图:
温度
900℃
1h空冷
时间
图1.1850℃正火工艺
2.退火工艺图:
温度
800℃
1h油冷
图1.2800℃退火工艺
3.淬火工艺图:
温度
850℃
1h油冷
图1.3850℃淬火工艺
4.淬火工艺图:
温度
850℃
40min油冷
图1.4850℃淬火工艺
5.回火工艺图:
(1)温度
150℃
1h空冷
图1.5.1150℃回火工艺
(2)温度
450℃
1h空冷
图1.5.2450℃回火工艺
(2)温度
550℃
1h空冷
图1.5.3550℃回火工艺
第二章实验过程
2.1实验材料及设备
实验材料为9SiCr钢试样6个。
实验设备主要有热处理炉、洛氏硬度计、金相显微镜、抛光机、淬火用油槽、照相设备等。
2.2实验过程
1.取9SiCr钢试样6个,分别标号1、2、3、4、5、6。
2取1件进行正火处理,正火温度850℃,保温1h,空冷
取2件进行退火处理,退火温度800℃,保温1h,空冷
取3、4、5、6件进行淬火处理,淬火温度850℃,保温1h,油冷
将其中正火后的4、5、6号试样进行不同温度的回火处理,处理工艺如表格2.1:
表2.1
试样标号
回火温度℃
保温时间h
冷却方式
4
150
1
油冷
5
450
1
油冷
6
550
1
油冷
3.取处理后的6个试样粗略打磨,分别测量其洛氏硬度,记录并比较分析。
4.分别将6个试样用不同型号砂纸打磨,抛光,腐蚀,烘干,然后观察金相组织,拍摄金相相片,进行比较分析。
第三章实验结果及分析
3.1组织分析
1.900℃正火后的金相组织
图3.1900℃加热正火合金的显微组织
分析:
从金相照片观察,正火空冷后得到珠光体组织,为片状珠光体。
正火时冷却,先共析产物(铁素体,渗碳体)不能充分析出,先共析相的数量较少,珠光体数量较多,珠光体片间距较小。
图中可看到清晰的间距小的珠光体组织,由于试样打磨不平,金相照片出现较虚的情况,给分析带来一定不便。
正火是材料的预备热处理工艺,用来降低硬度,便于切削加工,消除热加工后的组织缺陷,细化晶粒,改善组织,为最终热处理做准备。
2.800℃退火后的金相组织:
图3.2800℃加热退火合金的显微组
分析:
退火后组织细化,形成粒状马氏体。
但由于打磨过程中剖光不到位,有一些点状杂质,影响组织观察。
3.850℃淬火后的金相组织:
图3.3850℃加热淬火合金的显微组织
分析:
如图,可以观察到此淬火温度下形成针状马氏体组织,在针状马氏体之间白色的铁素体存在。
针状马氏体的大小不一。
同时有些马氏体有一条中脊线,并在马氏体周围有残留奥氏体。
4.150℃回火后的金相组织
图3.4150℃加热回火合金的显微组织
分析:
低温回火得到回火马氏体组织。
任然保留了原有马氏体的形态特征。
针状马氏体回火析出了极细的碳化物,容易受到侵蚀,在显微镜下呈黑色针状。
低温回火后马氏体针变黑,而残余奥氏体不变仍呈白亮色。
低温回火后可以部分消除淬火钢的内应力,增加韧性,同时仍能保持钢的高硬度。
5.450℃回火后的金相组织:
图3.5450℃回火合金的显微组织
分析:
中温回火得到回火屈氏体组织,是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。
铁素体基体基本上保持了原马氏体的形态,第二相渗碳体则析出在其中,呈极细颗粒状,用光学显微镜极难分辨。
中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。
5.550℃回火后的金相组织:
图3.6550℃回火合金的显微组织
分析:
高温回火组织为回火索氏体,是由铁素体与较粗的粒状渗碳体索组成的机械混合物。
碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再结晶,呈等轴细晶粒状。
经充分回火的索氏体已没有针的形态。
3.2硬度分析
五个试样的洛氏硬度值测试如下表3.1:
表3.1
试样标号
1(正火)
2(回150℃)
3(回450℃)
4(回550℃)
5(淬火)
硬度值(HRC)
41.3
64.6
54.3
47.5
66.73
6(退火)
25.03
分析:
9SiCr钢在900℃加热温度下正火,得到珠光体组织硬度为41.3HRC;在800℃下进行退火处理得到珠光体组织硬度下降塑性韧性增强硬度降为25.03HRC;在850℃下进行淬火处理得到板条马氏体,硬度最高;淬火后的试件在150℃、450℃、550℃下进行回火处理,分别得到回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体,随回火温度的增高硬度下降,塑性韧性增强。
550℃回火时得到的回火索氏体综合机械性能最好。
第四章结论
结论:
本次实验通过对9SiCr钢进行不同的热处理,得到了不同的组织,性能也有很大差异。
在实验的设计过程中,我对热处理方面的知识有了进一步的了解,并结合实际设计出了一套可行的实验方案。
实验过程中我尽量完全按照实验方案操作,以便获得更准确的实验结果。
在操作过程中通过不断的尝试我也发现了很多问题。
在氧化介质中,钢进行长时间加热,表面就会脱碳,表面上全由单一的铁素体组成。
工件在热处理过程中脱碳是重要缺陷之一,要观察组织需将脱碳层去掉。
钢在加热时形成粗大奥氏体晶粒的现象为过热。
过热的钢淬火得到粗大的马氏体组织,淬火时易造成工件变形,甚至开裂,而且冲击韧性也低。
过热的钢一般可以采取用重新加热的方法来补救。
在实验进行热处理时,注意冷却的及时性,冷去速回对实验结果有影响。
在磨金相是,不同的砂纸型号打磨时用力的程度是不同的,以免产生划痕。
抛光也不能用太大劲,腐蚀要注意腐蚀速度,腐蚀严重或腐蚀太轻都无法观察金相组织,要严格控制腐蚀程度。
当然实验也不是很容易成功,会有很多因素影响实验结果,尽量做得仔细会避免很多错误。
在今后的学习中,我将加强自己的动手实践能力,以实验这种更直观的方式去深入研究金属材料,以使自己成为一名专业知识过硬的材料学子。
参考文献:
【1】陈惠芬《金属学与热处理》[M]冶金工业出版社2009.2
【2】胡光立,谢希文《钢的热处理(原理和工艺)》[M]西北工业大学出版社2004.9
【3】王忠诚《热处理常见缺陷分析与对策》[M]化学工业出版社2007.9
张廷楷、高家诚、冯大碧《金属学及热处理实验指导书》[M]重庆大学出版社1998.7
[4]刘爱国《材料科学与工程专业英语》[M]哈尔滨工业大学出版社2007.10
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