金属表面处理技术实验报告书（8个实验）.docx

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1、金属表面处理技术实验报告书班级：姓名：学号：实验一钢的渗碳实验一、实验目的1、了解渗碳工艺及渗碳后的热处理工艺。2、了解渗层厚度与渗碳时间的关系3、掌握金相法测定渗层厚度的方法。二、实验原理概述1、渗碳用钢及渗碳件加工工艺路线渗碳钢通常为低碳或低碳合金钢，可分为低、中、高淬透性渗碳钢。常用渗碳钢如下：低淬透性渗碳钢：2020Cr20CrV、20MnV1515Cr中淬透性渗碳钢：20CrMnTi20CrMn20Mn2B、20MnVB高淬透性渗碳钢：12Cr2Ni4A、18CrNi4WA、20Cr2Ni4A渗碳件的加工工艺路线通常为：锻造一正火一机械粗、半精加工一渗碳一淬火、低温回火f精磨一装配。

2、2、气体渗碳工艺参数1)渗碳温度气体渗碳温度通常为9009502)渗碳时间渗层厚度与时间的关系可用下式表示B=kt,/2式中渗碳层深度(mm)；t渗碳时间(h)；k与温度有关的常由图1-1可见，在同一温度下，渗碳层的增厚总是先快后慢。这提示我们，在渗碳后期，虽通过延长渗碳时间仍可使渗层增厚，但其增速趋缓,渗碳效率明显下降。3）渗剂流量在渗碳不同阶段，所需渗剂流量不同。这主要是由于在渗碳不同阶段，工件对碳原子的吸收能力不同。在渗碳初期，工件对碳原子的吸收能力较大，此后，零件表面对碳的吸收能力下降。如果这时仍采用初期的流量，则会产生大量碳黑而阻碍渗碳的正常进行，同时也造成浪费，故渗碳剂的流量应随时

3、间延长相应减少。渗碳剂的流量，一般需考虑以下几方面：装炉量大小渗碳面积越大，渗剂的流量越大。炉气所要达到的碳势要求的碳势越高，渗碳剂的流量应越大。3渗碳H寸间/h图Ll渗碳温度和时间对渗碳层厚度的影响渗碳罐及工装的状况初次使用的新炉罐、工装，应进行预渗碳。炉罐的容积容积增大，渗碳剂的流量要相应增大。渗碳剂的种类产气量大、活性高的渗碳剂，流量较小；反之较大。此外，渗剂的流量还与钢种、渗碳工艺等因素有有关。生产中应根据具体情况灵活掌握。4）炉压通常炉内应维持正压（98392Pa）,以防止空气进入炉内，并有利于炉内废气的排除。炉压大小，也影响有机滴液的分解和吸收，增大炉压，有利于反应向气体分子数减少

4、的方向进行。3、渗碳后的热处理1）直接淬火如渗碳中，奥氏体晶粒未发生明显长大，则可在渗碳后直接淬火。直接淬火时，通常要将工件随炉预冷至一定温度，然后再淬火冷却。预冷确定的温度：如果零件侧重要求表层硬度和耐磨性，而对心部性能要求不高，则预冷温度应主要考虑满足表层性能要求，即预冷温度略高于Arl（但不允许析出网状碳化物）；如果零件对心部性能要求较高，而对表层要求不高，则应主要考虑满足心部性能要求，预冷温度应高于心部的Ar3；实际中这两种极端情况较少，更多的是表层与心部性能都要给予兼顾。这时要对零件的心、表成分、性能要求、淬透性及淬火方法等综合考虑后酌情而定。对于碳钢，预冷温度应在ArjAr3之间。

5、对于多数合金钢，通常预冷温度在820850之间。直接淬火法的优点是生产效率高、节能，变形小，氧化脱碳程度轻，适于渗碳中晶粒未粗化的本质细晶粒钢。2）一次淬火一次淬火是将工件渗碳后空冷或坑冷至室温，然后重新加热淬火的工艺。淬火温度确定：对侧重要求表层高硬度、高耐磨性的工件，淬火加热温度应略高于表层的Ael；侧重要求心部强度的工件，则淬火温度略高于心部Ac3;兼顾心部和表层性能工件，对碳钢，淬火温度应在ACLAC3,（具体与成分等有关）。一般合金渗碳钢，常采用稍高于43的温度（820860）加热淬火。一次淬火法主要用于气体渗碳后晶粒发生粗化的钢（如15、20、20Cr等|）、某些不便直接淬火的工件

6、（如固体渗碳件、需用淬火压床淬冷件及渗碳后尚需机加工的工件）。与直接淬火相比，一次淬火工艺较复杂，生产周期较长、费用高，氧化、脱碳及变形倾向较大。3）两次淬火第一次淬火的加热温度应高于心部的Ac3温度，第二次淬火主要是为细化表层组织，温度选择稍高于表层的Aci。两次淬火后心、表组织和性能较好，尤其是疲劳强度明显提高。两次淬火法生产周期长、工艺复杂、费用高，变形和氧化、脱碳严重，因此生产上很少使用，只对高温渗碳件及某些性能要求较高的零件（如航空业某些重要件）才使用。如图1-2。三、实验仪器、设备及材料1、设备：金相显微镜、渗碳炉、硬度计,15.20、20Cr等钢如渗碳时晶粒未粗化，也可直接滓火。

7、2、样品：20钢渗碳件四、实验步骤及注意事项1、实验前认真阅读实验指导书。2、实验前认真清除试样表面油污。3、空炉应预先升到渗碳温度，即高温入炉，缩短加热时间和减少零件氧化，渗碳6小时（由于时间关系，可做演示）。将试样装入炉内，保温时要注意控温仪表是否正常，发现问题及时向老师报告。4、试样入炉后，按要求充入渗剂并排除空气，并控制炉内的碳势。5、渗碳后的试样，经磨制、抛光、腐蚀后制成金相试样。6、用带有刻度的目镜在金相显微镜下观察渗碳层组织，并测定渗层深度。五、实验原始记录1、渗碳工件的工艺流程2、渗碳的工艺参数六、实验结果分析讨论（图文并用方式解答）1、渗碳后工件的硬度由表及里怎样变化？2、渗

8、碳后工件组织由表及里怎样变化？实验二高频感应加热表面淬火实验一、实验目的1、了解感应加热的原理2、了解电流透入深度与材料电阻率及电流频率的关系3、了解淬硬深度的测定方法4、掌握高频感应加热方法二、实验原理1、电磁感应加热原理基本原理将工件放入感应器（线圈）内，当感应器中通入一定频率的交变电流时,周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流一涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小，这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加

9、热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。2、电磁感应加热分类根据交变电流的频率高低，可将感应加热热处理分为超高频、高频、超音频、中频、工频5类。超高频感应加热热处理所用的电流频率高达27兆赫，加热层极薄，仅约0.15毫米，可用于圆盘锯等形状复杂工件的薄层表面淬火。高频感应加热热处理所用的电流频率通常为200300千赫,加热层深度为0.52毫米,可用于齿轮、汽缸套、凸轮、轴等零件的表面淬火。超音频感应加热热处理所用的电流频率一般为2030千赫,用超音频感应电流对小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布，粹火后使用性能较好。中频感应加热热处理所用的电流频率一般为2.5-10千赫,加热层

10、深度为28毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辐等工件的表面淬火。工频感应加热热处理所用的电流频率为5060赫,加热层深度为1015毫米，可用于大型工件的表面淬火。3、电磁感应加热特点和应用感应加热的主要优点是：不必整体加热，工件变形小，电能消耗小。无公害。加热速度快，工件表面氧化脱碳较轻。表面淬硬层可根据需要进行调整，易于控制。加热设备可以安装在机械加工生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，且可减少运输，节约人力，提高生产效率。淬硬层马氏体组织较细，硬度、强度、韧性都较高。表面淬火后工件表层有较大压缩内应力，工件抗疲劳破断能力较高。4、感应加热淬火用钢碳的质量分数在0.4%0.

11、5%的中碳钢和中碳低合金钢是最适宜于表面淬火的材料，如40、45、40Cr钢等。选择中碳钢和中碳低合金钢经预先热处理（正火或调质）后表面淬火，心部保持较高的综合力学性能，而表面具有较高的硬度和耐磨性。5、感应加热淬火件的技术要求表面硬度、淬硬层深度和淬硬区分布等是感应加热淬火件的主要技术要求。其具体要求取决于工件的成分和性能要求。感应淬火件的硬度范围通常根据零件使用性能而定，一般表面硬度要求在4558HRC范围内。对于承受摩擦、扭转、弯曲或剪切等的零件，表面硬度和耐磨性要求高，此时硬度要高一些，对于承受冲击载荷的零件，要求有一定韧性，此时硬度要适当降低，淬硬层深度一般根据工件的工作条件和使用中

12、是否修磨而定。对于轴类零件，淬硬层深度一般为直径的10%20%以耐磨性为主的零件，视磨削余量大小和使用情况，一般控制在1.55mm范围之内。合理分布的淬硬层，对提高零件的力学性能十分重要。对于轴类零件,一般光轴淬硬区应沿截面圆周均匀分布，在轴端应保留28mm的不淬硬区，以免淬硬端部时产生尖角裂纹；在同一轴上若有两个淬硬区，应保证足够大的距离，以免形成交接裂纹。花键轴淬火时，淬硬区应超过花键全长1015mm。为了保证工件淬火后表面获得均匀细小的马氏体并减少淬火变形、改善心部的力学性能，感应加热淬火前工件需进行预备热处理：一般为调质或正火。重要件采用调质，非重要件采用正火。与普通淬火件一样，感应加

13、热淬火件一般也要进行回火。回火温度比普通加热淬火件要低，一般不高于200,回火时间为12h。6、硬化层深度金相法测定硬化层深度一由工件表面至半马氏体区的距离。硬度法测定硬化层深度一按半马氏体区硬度为准。三、实验仪器、设备及材料1、高频感应加热设备、硬度计、金相显微镜2、45号钢和T12钢四、实验步骤全班分成12组，每组一个试样，通过加时时改变各种参数来改变硬化层深度、淬火后表面硬度并作出硬度分布曲线。1、接通高频感应加热设备，接通冷却水，按规定进行不同的参数选择；2、将工件放入感应器中加热（加热温度由时间控制），加热完毕后喷水冷却。3、将高频感应加热后的工件用砂纸打磨光亮，测定不同参数下的表面

14、硬度值，和测定距离表面不同深度(AL)下的硬度值，填入表2-1中。4、用金相显微镜观察不同高频感应淬火条件下的金相组织，并测定不同参数条件下的硬化层深度。5、做出45号钢和T12钢的硬度分布曲线五、实验注意事项1、取放试样时不要碰伤感应器2、控制加热时间不能过长，试件淬火时动作要迅速，以免试件表面过热，影响淬火质量。3、淬火或回火后的试样用砂纸打磨表面，去掉氧化皮后再测硬度值;4、硬度测量一般取3点以上的平均值作为该点硬度值。六、实验数据记录表2-1高频淬火实验记录表钢种冷却加热时间(或温度)(秒)(秒)(秒)方式表面硬度L硬度:硬化层深度(mm)表面硬变L硬度硬化层深度(mm)表面硬度L硬度硬化层深度(mm)45水L1金硬L1金硬L1金硬钢冷L2相度L2相度L2相度L3法法L3法法L3法法L4L4L4L5L5L5L6L6L6钢种冷却加热时间（或温度）（秒）（秒）（秒）方表AL硬硬化层表L硬硬化层表L硬硬化层式面度深度面度深度面度深度硬(mm)硬(mm