机械工程材料
钢的热处理案例分析
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指导教师：
青海民族大学 2020 年 12
月 27
日
摘要 钢的热处理:是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是:只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。对 45 钢的热处理时 45 钢淬火处理后最高可以达到 HRC55，当然要求热处理工艺和材质成分要对。但要达到 HRC55 的硬度，45 钢就只能进行低温回火，得到的回火马氏体较粗大，材料硬而脆，使用意义不在，所以一般 45钢淬火后的硬度控制在 HRC50 左右。如果没有耐磨性的要求，更常用的是调质处理。
目录
第一章 绪论
1.1 中国钢铁产业的现状，
1.2 碳钢的应用、优点及缺点...
1.3 钢的热处理工艺
1.4 本论文研究内容
第二章普通热处理工艺对 45 钢组织和硬度的影响
2.1 普通热处理工艺对 45 钢组织的影响
2.2 普通热处理工艺对 45 钢硬度的影响
第三章结论
参考文献.
第一章绪论
1 1.1 中国钢铁产业的现状
中国 1949 年全国产钢只有 16 万吨，新中国成立，我国钢铁工业进入-一个崭新的历史时期。1996 年钢产量超过 1 亿吨，2005 年的钢产量达到了创纪录的 3.5 亿吨，2007 年我国生产粗钢近 4.9 亿吨，总体星较快增长态势。60 多年来中国的产钢量增长 1000 多倍，成为世界钢铁发展史上的大奇迹。
当前钢铁生产的发展得益于钢铁科技发展为钢铁行业的清洁生产奠定了良好的基础，使钢铁生产不断降低消耗与成本，不断优化钢铁材料的性能，成为各行业协调发展，优化环境的重要支撑条件。钢铁科技的自身优化与完善，还有赖于信息、环境、装备、加工等学科技术进步的推动。可以肯定，今后直到 2020年的 10~15 年内，钢铁工业作为国民经济重要基础产业与支柱产业的地位不会改变。
目前，我国钢铁产业的生产力布局相对比较分散，产业布局方式既不适应铁矿资源结构的变化，也有悖于市场选择和环保优先的原则。钢铁工业在快速增长的同时，由于受体制和机制不完善的影响，粗放型发展特征非常明显，近两年来，盲目投资、低水平扩张问题尤为凸显。其后果正在显现:产能过剩的矛盾十分突出、资源供给和环境容量难以支撑、低水平产能占比重过高、行业恶性竞争已经出现、产业集中度进一步下降等。当前我国钢铁工业面临的形势:一方面钢铁业仍然在快速发展，另一方面来自 “煤、电、油、运、矿”的压力正在增大。这种局面使得国内钢铁业在寻求扩张的同时，不得不考虑到工业布局的因素。我国钢铁产业发展政策要求，从矿石、能源、资源、水资源、运输条件和国内外市场考虑，大型钢铁企业应主要分布在沿海地区。政策提出，东南沿海地区应充分利用深水良港条件，结合产业重组和城市钢厂的搬迁，建设大型钢铁联合企业。十一五”期间钢铁工业结构调整的关键在于建设临海钢铁精品基地，这是专家在 2007 中国钢铁产业链发展高层论坛上的共同看法。首钢结合搬迁
与唐钢合作建设的曹妃甸临海钢铁精品基地和鞍本集团建设的营口(鲅鱼圈)临海钢铁精品基地均已开工建设，有望于“十一五”末期建成一期工程。宝钢与广东省国有钢铁企业联合建设的湛江临海钢铁精品基地、武钢与柳钢联合建设的防城港临海钢铁精品基地条件也已成熟。可以说，建设 4 大临海钢铁精品基地是我国建设钢铁强国的重要战略举措。只有加快建有强大竞争力的现代化临海钢铁基地，才能从根本上改善不合理的钢铁产业布局、抑制低水平重复建设，并最终通过市场力量加快淘汰落后产能和落后产品的步伐,加快结构调整和优化升级，实现向钢铁强国的转变。
1. 2 2 碳钢的应用、优点及缺点
碳素钢(简称碳钢)是 C 的质量分数在 0.2%~2.06%之间并含有少量Si、Mn、P、s 等杂质的铁碳合金。碳素钢分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢。”
碳素结构钢钢虽然含有有害杂质及非金属夹杂物较多，但其冶炼方法简单，工艺性好，价格低廉，而且在性能上也能满足一般工程结构件及普通零件的要求，因此，用量很大轧制成钢板和各种型材，用于厂房、桥梁、船舶等建筑结构或一些受力不大的机械零件(铆钉、螺钉、螺母等)。优质碳素结构钢含有害杂质 P、s 的量及非金属夹杂物较少，其均匀性及表面质量都比较好。这类钢的产量较大，价格便宜，力学性能较好，广泛用于制造种机械零件和结构件，这些零件通常都要经过热处理后使用。
在机械制造业中，用于制造各种刃具、模具及量具的钢称为工具钢”。由于工具要求高硬度和高耐磨性且多数刃具还要热硬性，所以工具钢的含碳量均较高。工具钢通常采用淬火+低温回火的热处理工艺，以保证高硬度和耐磨性。
碳素工具钢的优点是容易锻造、加工性能良好，而且价格便宜。缺点是淬透性低，si、Mn 含量略有改变，就会对淬透性产生较大的影响。因此，对碳素工具钢还容易产生淬火变形和淬裂，尤以形状复杂的工具为甚，同时它的回火抗力也较差。为了提高碳素工具钢的可锻性及减少其淬裂倾向，其硫、磷含量应比优质碳素结构钢限制更严格。
-些形状复杂、综合力学性能要求较高的大型零件，由于在工艺上难于用锻造方法成形，在性能上又不能用力学性能低的铸铁制造，因而需要采用铸钢件。目前铸钢在重型机械制造、运输机械、国防工业等部门]应用较多，如轧钢机机架、水压机横梁与气缸、机车车架、铁道车辆转向架上的摇枕、汽车与拖拉机具轮拨叉、起重行车车轮、大型齿轮等。
3 1.3 钢的热处理工艺
钢的热处理工艺包括淬火、回火、退火和正火。
淬火是将钢加热到临界温度 Aes (亚共析钢)、Ael (过共析钢)以上 30~ 50"C.保温一-段时间，然后快速冷却以获得高硬度的马氏体的热处理工艺。
淬火的目的是得到马氏体,马氏体是一一种 高硬度的组织，硬度取决于含碳量，含碳量越高，马氏体的硬度越高。马氏体是一一种 含碳量过饱和的 a 的固溶体，过饱和的碳造成了马氏体晶格的严重畸变，致使其变形抗力增大。因此，马氏体具有很高的硬度和耐磨性。
钢淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其重新加热至 A 以下某温度。保温一段时间， 然后冷却至室温的热处理工艺叫回火。根据回火温度的高低不同，可将回火分为三种:
第一种是低温回火(150~250"C) ,低温回火将得到回火马氏体。其目的是降低淬火应力和脆性，提高工件韧性保证淬火的高硬度和耐磨性。
第二种是中温回火(350 ~ 500"C )，中温回火得到回火托式体。其目的是提高弹性极限和屈服强度，保持较高硬度和一-定韧性。
第三种是高温回火(500~650"C)， 高温回火得到回火索氏体。回火索氏体综合机械性能最好。通常把淬火加高温回火称调制处理。
回火的主要目的是减少或消除淬火应力，保证相应的组织转变，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足各种用途工件的性能要将钢加热之临界温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(-般炉冷)，已获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。
退火工艺种类很多，根据加热温度可以分为在临界温度(Aa或 Aa)以上或以下的退火。前者包括完全退火、均匀化退火、不完全退火和球化退火:后者包括再结晶退火及去应力退火。
退火的主要目的是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并未淬火做好准备。
第 二章 章 5 45 钢 热处理后对其 组织和硬度的影 响
2 21 .1 普通热处理工艺对 5 45 钢组织的影响
45 钢 830°C 完全退火得到的组织为珠光体和铁素体，其中黑色的为珠光体，白色的为铁素体。完全退火通过完全重均匀组织细化和均匀化，接近平衡组织。
对 45 钢进行正火可以得到铁素体和索氏体，45 钢正火显微组织图中，黑色组织为索氏体，白色组织为铁素体。由于冷却速度过快些，得到的索氏体为细片状珠光体，其强度、硬度比珠光体高。正火可以细化晶粒，使组织均匀，减少铁素体的含量，使珠光体含量增多并细化。对 45 钢 840C 水淬可以得到针状马氏体。马氏体组织较细，因为将 45 钢加热到 840°C 时奥氏体晶粒较细，并且融入了足够的碳，可以得到组织较细的马氏体组织。
45 钢 200C 低温回火的组织为回火马氏体，回火马氏体它是由过饱和 a 固溶体和与其共格的 η-碳化物组成。回火马氏体仍保留着原来马氏体的形状。在过饱合a固溶体上分布着大量高度弥散的细小η-碳化物。45 钢 400C 中温回火的组织为回火托式体，低温回火的组织是回火马氏体。它是由过饱和 a 固溶体和与其共格的 η-碳化物组成。回火马氏体仍保留着原来马氏体形状，硬度变化不大。中温回火的组织是回火托式体。它是由尚未发生再结晶的铁素体和弥散分布的极 细小的片状或渗碳体组成，其硬度降低。高温回火的组织是回火索氏体。它是由已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体组成的。铁素体已发生了再结晶，同时渗碳体聚集长大，渗碳体颗粒要比在回火托式体中大，硬度降低。因此随着回火温度的升高，硬度逐渐降低。正火的作用与完全退火相似"。
45 钢正火后的组织为铁素体和索氏体，正火可以使组织细化，完全退火后的组织为铁素体和珠光体，索氏体为片状珠光体，强度硬度比珠光体高，所以 45 钢正火的组织硬度要比完全退火的组织硬高。
第 三 章结论
通过对 45 钢进行 840C 淬火、回火(200C 低温回火、400"C 中温回火、600"C 高温回火)、830"C 完全退火、870"C 正火，对 45 钢热处理后的组织进行显微观察对其组织进行分析，并测量热处理后的组织的硬度，得到以下结论：(1) 45 钢 840C 水淬后的组织是针状马氏体，针状马氏体具有较高的硬度。(2) 45 钢 200"C 低温回火、400"C 中温回火、600"C 高温回火的硬度值分别为 34HRC、29. 5HRC、212HBW，其硬度值随回火温度的升高而降低。
(3) 45 钢 830"C 完全退火、870C 正火的组织分别为铁素体和珠光体、
铁素体，索氏体，两者热处理方式具有相似性，但是正火后的组织硬度比完全退火后
参考文献
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