学院：机械与汽车工程学院
班级：材控
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一.实验目的：
本次研究的主要内容是退火态T10钢的热处王里工艺及其组织性能的研究。通过观察经过不同预先热处理的退火态T10钢试样的显微组织，以及测量其洛氏硬度、冲击韧性等，分析了不同预先热处理的T10钢试样的组织性能和力学性能。结果表明,正火+等温球化退火为退火态T10 钢的最佳预先热处理工艺; 不同预先热处理所得到的组织效果会遗传到最终的组织中; 预先热处理为正火+普通球化退火和等温球化退火的退火态T10钢试样，经过水淬和低温回火后，发生了脆性转变。
T10钢的热处理工艺及组织性能，通过对经过不同预备热处理的T10钢的微观组织分析及力学性能分析，探寻在热处理过程中，不同预先热处理对钢的组织及性能的影响规律，在此研究基础上，对现在实际生产中的一般热处理工艺进行优化，以达到最好的效果。
二：实验方法
T10钢的概述：目前常用的碳素工具钢有T8、T10、T12,其中T10用量最多。T10钢
优点是可加工性好，来源容易；但淬透性低、耐磨性一般、淬火变形大。因钢中含合金元素微量，耐回火性差，硬化层浅，因而承载能力有限。虽有较高的硬度和耐磨性，但小截面工件韧性不足，大截面工件有残存网状碳化物倾向。T10钢在淬火加热（通常达800℃）时不致于过热，淬火后钢中有过剩未溶碳化物，所以比T8钢具有更高的耐磨性，但淬火变形收缩明显。由于淬透性差，硬化层往往只有1.5～5mm；一般采用220～250℃回火时综合性能较佳。热处理时变形比较大，故只适宜制造小尺寸、形状简单、受轻载荷的模具。
T10钢的成分：
碳 C ：0.95～1.04（TX，X：碳的千分数）
硅 Si：≤0.35
锰 Mn：≤0.40
硫 S ：≤0.020
磷 P ：≤0.030
铬 Cr：允许残余含量≤0.25≤0.10(制造铅浴淬火钢丝时)
镍 Ni：允许残余含量≤0.20≤0.12(制造铅浴淬火钢丝时)
铜 Cu：允许残余含量≤0.30≤0.20(制造铅浴淬火钢丝时)
热处理通常分为3步进行:加热、保温和冷却。钢的热处理过程是把钢加热到临界温度
以上，进行转变，转变完成后通过水冷、空冷或者油冷的方式冷却，来获得自己所需要的显微组织和力学性能。加热时形成的奥氏体的化学成分、均匀化程度、品粒大小以及加热后未溶入奥氏体中碳化物等过剩相的数量和分布状况，直接影响钢在冷却后的组织性能。
以下是铁碳合金相图。
试验所用的材料为退火态T10 钢，是- 一种含碳量约为1%的高碳钢，硬度小于197HBW,它的组织成分为珠光体和渗碳体(P+Fe3C,P->F+Fe3C),由于含碳量比较高，组织P 中含有硬而且脆的二次渗碳体，因此其性能是塑性差，强度低，硬度高。
试验所采用的五种热处理工艺方案：
方案一：未经热处理的试样(供货态)。
方案二 ：830℃正火，保温30min，空冷+760℃球化退火，保温10min，冷却至690℃，保温60min,炉冷至600'C,再出炉空冷+770℃淬火，保温10min，水冷+190℃回火，保温1h，空冷。
方案三 ：830C 正火，保温30min.空冷+760℃球化退火，保温10min，炉冷至600℃，再出炉空冷+770℃淬火，保温10min，水冷+190℃，回火，保温
1h,空冷。
方案四 ：760℃球化退火，保温10min,冷至690℃,保温60min,炉冷至600℃,再出炉空冷+770℃淬火，保温10min,水冷+190℃
火,保温1h,空冷。
方案五 ：830^C 正火,保温30min,空冷+770℃淬火，保温10min，水冷+190℃回火，保温1h,空冷。
正火是将工件加热到720℃至912℃之间，保温一段时间，然后在空气冷却的一种热处理工艺。正火冷却得到的是珠光体类组织。正火可以作为预先热处理，也可作为最终热处理，当作为预备热处理时，可以消除供货态试样表面的网状渗碳体，为接下来的热处理工艺做准备，也有细化晶粒、消除表面应力等等，为最终热处理提供适宜的组织的作用。
退火是将工件加热到Ac1 或Ac3 以上30至50℃,( 亚共析钢加热Ac3 以上30-50℃,共析、过共析钢加热到AC1以上30-50℃)，保温- -段时间，缓慢冷却到室温的一种热处理工艺。
淬火是将工件加热到临界温度以上(亚共析钢的临界温度为Ac3，共析、过共析钢的临界温度为Ac1),保温一段时间，然后快冷到MS以下，进行马氏体转变的热处理工艺。
回火是将工件工件加热到低于临界温度，保温一段时间，然后在空气、水或油中冷却的一种热处理工艺!。
淬火和回火在热处理中是最重要、用途最广泛的加热工序。通常我们用淬火提高工件强度和硬度，然后用不同温度的回火降低由于淬火所产生的残留内应力，来得到不同力学性能的工件。
制备和观察金相试样：
光学显微镜观察和研究金属内部组织，一般分为三个阶段进行:
一、制备金相试样的表面;
二、用浸蚀液腐蚀金相试样表面组织使其能在显微镜下看到;
三、用显微镜观察金相试样表面组织并分析。
根据显微镜的原理，当试样表面比较粗糙时，光线射到试样表面发生漫射，光线无法穿过物镜，也不能穿过目镜在视网膜上成像，即不能用显微镜观察到试样的微观组织。因此，需要将需要观察的试样表面磨成一个光滑的镜面。并且这个表面不能发生组织变化，且能代表取样前试样组织所具有的状态。如果仅仅是光滑的镜面，在显微镜下观察，看到的是白茫茫的一片，看不到微观组织的分布，为此，必须将试样磨面进行腐蚀处理，使各个组织对光线的反射能力有差异，在显微镜下呈现不同的像，这时所看到的试样组织的形
貌和分布，即试样组织的显示阶段。
金相显微试样的制备的- 一般过程为: 取样—镶嵌一磨光一抛光~腐蚀。由于试样是规则的金属小块，所以取样和镶嵌这两步可以省略直接进行磨光。
磨光分为粗磨和细磨，目的是得到平整光洁的磨面为抛光做准备。
粗磨的目的是整平试样，并磨成合适的外形。一般在砂轮机上.进行。在砂轮机上粗磨，磨面温度容易升高，这样对于那些对温度比较敏感的材料，有可能因为温度升高而引起试样内部组织变化。且不好操作，如果压力过大，试样表面出现深痕不利于细磨。由于试样比较小，且是规则的小块，因此决定采用手工操作，用粗砂纸去除表面氧化层，整平试样。细磨的目的是为消除深痕，为抛光做准备。细磨时，可以加水润滑，加快速度。细磨的时后应该注意;
（1）朝着一个方向磨，以免留下划痕在试样表面。
（2）换下一张砂纸前，应先洗去试样表面的碎屑。
（3）换砂纸后，试样应转动90推磨,即与上道磨痕相垂直，方便观察。
常用的金相砂纸，它的磨料有碳化硅和天然刚玉两种。金相试样的磨光一样用碳化硅砂纸，优点是磨的快，变形浅，可以加水润滑，加快手工或机械磨制的速度。对于试样来说，并不是砂粒越粗越好，因为砂粒大到一定程度对磨光速率是不会有太大影响的，但是会加深磨痕，得不偿失，因此一般采用砂粒适中的砂纸，此次采用粒度为400.600.800的碳化硅砂纸进行磨光。磨光后进行抛光。抛光通常有机械抛光、电解抛光和化学抛光三种。
此次采用机械抛光。其目的是将磨光留下的变形层除去，并且.使显微组织的观察不受抛光所产生的变形层的影响。
抛光时应将已经经过细磨好的试样平稳地压在旋转的抛光盘上，可以上下移动。对试样施加的压力不宜过大，否则有可能损坏仪器。抛光时可以向抛光盘上抹上抛光膏或者不断滴调制的抛光液，这样可以加速抛光并起到- -定润滑的作用。当磨痕全部消除而呈现镜面时，停止抛光。用清水将试样抛光的表面冲洗干净，用干布擦干，然后进行腐蚀。
腐蚀的目的是为了使抛光后的试样的微观组织在显微镜下能够看到，常见的腐蚀方法有化学腐蚀、电解腐蚀。在这里我们采用化学腐蚀法。常用的化学腐蚀齐有硝酸酒精溶液(2ml HNO3,100ml 95%酒精)、苦味酸酒精溶液(4g 苦味酸，100ml 95%酒精)和盐酸苫味酸酒精溶液(5m1HCL，1g 苦味酸，100ml 95%酒精）。此次选用的侵蚀液为硝酸酒精溶液。将已经抛光好的试样擦干净，用夹子夹取蘸取浸蚀剂的棉花在试样抛光面上擦拭，数秒后，用干净的棉花将抛光面擦干净，将试样放于金相显微镜上观察。
三：实验结果与分析
未处理：
T10含碳量介于0.77%-2.11%之间，属于过共析钢，碳钢的机械性能取决于其组织，组织取决于含碳量，含碳量很低时，钢的组织中主要是铁素体和少量珠光体，一次钢的强度，硬度低，塑性韧性好。
正火
正火的组织稍细些，珠光体的分散度大，铁素体的量少。T10的金相组织分布为珠光体和少量铁素体且部分珠光体针状分布。
正火球化
T10钢的球化处理结果为马氏体+残余奥氏体+碳化物
淬火840℃
T10钢840℃淬火结构为针状M+Ar
改变T10钢原始组织及奥氏体化温度,导致了马氏体组织结构发生变化。
当原始组织为片状珠光体时,在740℃、780℃加热未完全奥氏体化，奥氏体含碳量不高，得到细针状、细小板条状马氏体；在840℃、900℃淬火后，碳完全融入奥氏体中，得到针状马氏体,且由于温度升高，得到的组织较740℃、780℃淬火后组织粗大；900℃在淬火时，温度过高，奥氏体晶粒粗大，晶界过热，所以淬火后晶粒更加粗大，晶界出现弱化现象，
当原始组织为粒状珠光体时,780℃淬火后的马氏体形态为针状马氏体，其组织较为均匀。
四：实验结论
与传统球化退火工艺相比，片状珠光体淬火得到的组织硬度与其不同，在与传统工艺相同淬火温度得到的组织，硬度较传统工艺稍小，但在840℃下可得到硬度更大的组织。随温度增加，片状珠光体组织淬火后硬度逐渐增加，在840℃淬火时硬度达到最大，在900℃淬火会因为组织过于粗大而使硬度降低。
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