T10钢热处理工艺及组织性能研究
任务书
1．课题意义及目标
学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解T10钢的概况；熟悉钢T10的热处理工艺方法；认识T10钢热处理前后金相组织；找出热处理对T10钢组织和力学性能的影响规律，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。
2．主要任务
（1）制定T10钢热处理工艺，进行热处理实验。
（2）制备金相试样，观察分析T10钢热处理前后的显微组织。
（3）测定T10钢热处理前后力学性能，包括硬度、冲击韧性等。
（4）分析热处理工艺、组织结构与力学性能之间的关系。
（5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。
3．主要参考资料
[1] 王学前，贺毅. 高碳钢快速球化退火工艺的研究[J]. 热加工工艺，2002，（1）：32-33.
[2] 沈晓钧. 工具钢的热处理[J]. 铸锻热———热处理实践，1994，（2）：4-17.
[3] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007：230-308.
4．进度安排
审核人：2014 年12 月15 日
T10钢热处理工艺及组织性能研究
摘要：本次研究的主要内容是退火态T10钢的热处理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。
关键词：T10钢，热处理，显微组织，力学性能
Researching heat treatment process and
microstructure properties of T10 steel
Abstract：The main content of this study is researching the heat treatment process and microstructure of the annealed T10 steel.The microstructure and mechanical properties of T10 steel samples with different advance heat treatment were studied by inspecting microstructure of annealed T10 steel samples with different advance heat treatment and measuring the hardness and toughness of annealed T10 steel .The results show that the best advance heat treatment process is normalizing+ isothermal spheroidizing annealing.it will be inherited in the final tissue that is the effect of the tissue obtained by different advance heat treatment.the brittle transition occurs in the annealed T10 steel sample of advance heat treatment is normalizing + ordinary spheroidizing annealing or isothermal spheroidizing annealing after water quenching and low temperature tempering.
Keywords:T10 steel, heat treatment, microstructure, mechanical properties
I
目录
1前言 (1)
1.1研究的目的及意义 (1)
1.2国内外研究现状 (2)
1.3 研究内容 (2)
2试验过程 (3)
2.1热处理试验 (3)
2.1.1试验原理 (3)
2.1.2试验过程 (9)
2.2试样制备及显微组织观察 (15)
2.2.1金相试样的制备 (15)
2.2.2显微组织观察 (18)
2.3 力学性能测定 (19)
2.3.1硬度测量 (19)
2.3.2冲击韧性测量 (22)
3 结果与分析 (26)
3.1 显微组织分析 (26)
3.2 力学性能分析 (28)
3.2.1 硬度分析 (28)
3.2.2 冲击韧性分析 (29)
4结论 (31)
参考文献 (32)
致谢 (34)
I I
1 前言
1.1 研究目的及意义
我国钢铁行业发展迅猛，但也不是一帆风顺的，它也面临着很多的挑战，需要不断地创新科技，不断地提高产品质量。同时对加工所用的机器设备也需要不断的改进。以便提高生产效率。但是无论前者还是后者，我们都应该先对材料有一些具体了解，这样我们在发展上才能有实质性的进步。
在当今社会，钢铁是我们不可或缺的一种材料，虽然大量的科研人员已经研究出许多在某些性能上和钢铁相似的一些材料，在一定方面上取代钢铁，但仍不能否认钢铁在人类生活中的重要性。但钢铁是不可再生资源，它总有用完的一天，我们不能放弃使用它，因此只能有效的运用它。这样就需要我们做大量的研究和试验，来更加具体的了解钢铁的特性，让它发挥更大的效用，更加有效的实现它的价值。
碳素工具钢是指碳含量为0.65%至1.35%的高碳钢[1]。因为其价格便宜，低廉且冷热性能好，热处理工艺简单，热处理后硬度较高，切削热也不大，具有较好耐磨性，所以在生产上，碳素工具钢获得了广泛的应用。碳素工具钢在淬火后，其硬度可以达到62~65HRC。含碳量对于淬火并且配合低温回火的钢来说，含碳量对其强度、塑韧性有很大影响。随着含碳量的增加，钢材经过热处理以后，产生的碳化物越多，材料越脆，以致塑韧性下降。因此，含碳量不同，钢的性能也不同，运用的方面也不同。T10钢作为一种常见的碳素工具钢，韧度适中，价格便宜，生产工艺简单，且运用广泛，常被用作冲击小，强、硬度高的工具，如车刀、拉丝模、丝锥、冲子、冲孔模、拉丝模、纸品下料模、塑料成型模具等。
通过这次毕业设计，学会查阅相关资料，制定有针对性的T10钢的热处理工艺，从而找出变量对T10钢显微组织和力学性能的影响规律，最终提出优化方案，为T10钢热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。
1.2 国内外研究现状
1990年邓承轩等通过研究发现原始组织为片状珠光体加网状渗碳体的T10高碳钢，高温奥氏体后经不同方法处理，可以得到二种崭新的组织形态---板条状下贝氏体和板条状马氏体，它们虽同是板条状，但有本质的不同，前者250℃～M S点间形成，为两相组织，其中Fe a（C）相的亚结构为孪晶，后者为M S点以下形成，为单相组织，亚结构为位错[2]。1991年周曼娜等通过探讨固溶温度度对T10钢碳化物细化程度的影响，提出T10钢的最佳热处理工艺为980℃加热，油冷，640℃回火，再经770℃淬火，170℃回火。结果表明，细化处理后，使碳化物尺寸由2.8μm细化为0.5μm，且形状圆整，分布均匀，奥氏体晶粒度由8级细化到10级，从而使材料在保持高强度、高硬度情况下，塑性、韧性显著提高[3]。1994年沈晓钧介绍了国内外发动机曲轴表面化学热处理强化的一些情况[4]。自70年代末引进了多种内燃机产品，由此推动了内燃机材料、工艺技术和工艺装备的发展。但是目前国内引进曲轴进行表面处理化学热处理设备还不多，技术门类也有限[4]。2002年王学前等通过对高碳钢传统球化退火理论与技术的分析，提出了Aclf温度透烧的奥氏体化新工艺，并结合生产现场设备及退火质量的检测,制定出相适应的快速球化退火工艺，不仅提高了球化的质量,改善了机械加工性能，还使球化加热时间缩短到原工艺的25%～30%，球化缓冷到680℃的时间缩短了50%[5]。2005年吴小娟通过对球化退火的理论和工艺的研究，制定出T10钢奥氏体化温度Ac1透烧的快速球化退火新工艺，使球化加热的保温时间缩短到原工艺的1/4[6]。2011年蒋涛等探讨了含碳量、淬火温度、冷却速度、回火温度对碳钢组织和硬度的影响[7]。2014年郝琳等对刃具钢、模具钢、量具钢这三类工具钢的热处理工艺进行阐述，分析了不同工具钢的热处理工艺的关键，为生产生活提供参考依据[8]。
1.3 研究内容
本次研究的主要内容为T10钢的热处理工艺及组织性能研究，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。
2 试验过程
2.1 热处理试验
2.1.1 试验原理
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、晶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。图2.1是铁碳合金相图。
图2.1 铁碳合金相图
将钢加热到AC1以上温度时，组织由珠光体转变为奥氏体，这种转变我们称为奥氏体转变或奥氏体化[9]。奥氏体转变分4个步骤进行：奥氏体形核、奥氏体长大、残余渗碳体溶解、奥氏体均匀化。如图2.2所示。
图2.2 奥氏体形成过程示意图
在热处理中，钢奥氏体化后冷却，通常有两种冷却方式：等温冷却和连续冷却。如图2.3。冷却的方式不同，得到的组织也不同，最终材料的性能也不同。奥氏体在临界温度以上时，组织是稳定的，不会转变，但是冷却到临界温度以下时，组织不稳定，会发生分解转变。冷却的方式不同，转变的组织也不同，有珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变[10]。过冷奥氏体等温转变图即C曲线如图2.4。
图2.3 过冷奥氏体的冷却方式
1-等温冷却2-连续冷却
(a) (b)
(c)
图2.4过冷奥氏体等温转变图
（a）亚共析钢（b）共析钢（c）过共析钢
在冷却过程中，温度在A1~550℃之间，奥氏体转变为珠光体，这种珠光体是铁素体F和渗碳体Fe3C的混合物，这种转变我们称为珠光体转变[11]。珠光体转变属于扩散型相变。
珠光体转变的过程也可看做为形核和长大的过程，冷却时，当温度低于A1时，随着温度的降低，奥氏体对碳的溶解度降低，碳析出，渗碳体通过吸收奥氏体析出的碳而长大。这个过程如此反复进行，最终，奥氏体转变为了含碳量低、溶碳能力低的铁素体和通过吸收碳长大的渗碳体。
在珠光体转变中，随着温度由A1降到550℃，组织越来越紧凑，片间距越来越小。
根据这种变化，我们将珠光体转变中的组织分为3种，如表2.1。这三种组织其实都是珠光体，只是组织中的片间距不同，为了区分，我们进行了细化。随之温度的降低，
珠光体转变的过程也可看做为形核和长大的过程，冷却时，当温度低于A1时，随着温度的降低，奥氏体对碳的溶解度降低，碳析出，渗碳体通过吸收奥氏体析出的碳而长大。这个过程如此反复进行，最终，奥氏体转变为了含碳量低、溶碳能力低的铁素体和通过吸收碳长大的渗碳体。
奥氏体快冷到550℃～Ms之间，转变为贝氏体，贝氏体是由铁素体F和渗碳体Fe3C混合组成，这种转变我们称为贝氏体转变。贝氏体转变属于半扩散转变。
贝氏体转变过程中，温度较低，共有两个转变过程，一个是铁原子通过共格切变的方式迁移，另一个是碳原子短距离的扩散，所以贝氏体转变属于半扩散型相变[13]。当温度在550℃～350℃之间时，铁素体平行生长，伸长，变宽，碳原子在奥氏体间集中聚集，最终奥氏体转变完成，形成上贝氏体。如图2.5（a）。当温度在350℃～Ms 之间时，温度较低，碳原子只能短程的扩散，因此，会在晶面上断续的小片析出，铁素体生长成针状，最终形成下贝氏体。如图 2.5（b）。在贝氏体转变中，随着温度的降低，渗碳体的分布也不同，其组织形貌也有很大差异，由此，我们将贝氏体转变中的组织分为2种，如表2.2。
（a）（b）
图2.5 贝氏体组织示意图
（a）上贝氏体（b）下贝氏体
序号 1 2
名称上贝氏体下贝氏体
符号B上B下形成的温度区间550℃～350℃350℃～Ms 机械性能很差优良
脆性大小
强度低高
塑韧性差良好
实用价值基本没有常用于生产上
奥氏体快冷到Ms~Mf之间，组织转变形成马氏体，这种转变我们称为马氏体转变。钢中的马氏体有2种基本形态：板条状马氏体和片状马氏体，其显微组织示意图如图2.6。
图2.6 马氏体组织示意图
（a）板条状（b）片状
珠光体转变贝氏体转变马氏体转变转变温度A1~550℃550℃～Ms Ms~Mf 领先相渗碳体铁素体
组成相两相组织
a-Fe+Fe3C
两相组织
＞350℃，a-Fe（C）
+Fe3C
＜350℃，a-Fe（C）
+FexC
单相组织
a-Fe（C）
共格性无有有
扩散性铁、碳扩散碳扩散，铁不扩散无扩散
合金元素扩散不扩散不扩散
马氏体转变中，原组织奥氏体的晶粒越大，转变后的马氏体片越大，显微裂纹也越多，裂纹多了，其脆性也就增大了，这样在内应力作用下，工件开裂的几率增大了，
（a）（b）
工件的疲劳寿命也降低了。随着碳含量的增多，Ms、Mf点降低。由此可见，冷却速度一样的情况下，含碳量越高，残余奥氏体越多。而在Ms~Mf之间奥氏体和马氏体是共存的，在Mf点以下，马氏体转变停止，马氏体转变停止后，没有进行转变的奥氏体最终留在钢中，这种奥氏体称为残余奥氏体。马氏体转变属于无扩散性转变。珠光体、贝氏体、马氏体转变特点的比较如表2.3。
2.1.2 试验过程
本次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，其化学成分见表2.4，它的导热率如表2.5。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。其发生组织转变的临界温度，如表2.6。
表2.4 T10钢的化学成分
表2.5 T10钢的临界温度
表2.6 T10钢的热导率
理工艺曲线如图2.8。方案三为830℃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。方案三热处理工艺曲线如图2.9。方案四为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℃回火，保温1h，空冷。方案四热处理工艺曲线如图2.10。方案五为830℃正火，保温30min，空冷+770℃淬火，保温10min，水冷+190℃回火，保温1h，空冷。方案五热处理工艺曲线如图2.11。
图2.7 SX-5-12B箱式电阻炉
图2.8 方案二热处理工艺曲线
图2.9 方案三热处理工艺曲线
图2.10 方案四热处理工艺曲线
图2.11 方案五热处理工艺曲线
正火是将工件加热到720℃~912℃之间，保温一段时间，然后在空气中冷却的一种热处理工艺[14]。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30~50°C，（亚共析钢加热Ac3以上30~50°C，共析、过共析钢加热到Ac1以上30~50°C），保温一段时间，缓慢冷却到室温的一种热处理工艺[15]。退火、正火加热温度如图2.12。
图2.12 退火、正火加热温度示意图
共析钢和过共析钢多采用“球化退火”。温度Ac1以上20~30°C缓冷时，自奥氏体中析出的渗碳体沿未溶的颗粒状渗碳体结晶，得到铁素体基体均匀分布着颗粒状渗碳体的组织，即“球化体”。
退火时的加热保温时间，在采用到温入炉法时，可按每1毫米直径或厚度加热保温1.2~1.5分钟估算。
退火时的冷却应当是缓慢的，只要冷速能控制在每小时100~200°C以下，便可获得满意的结果。箱式炉断电后冷速大约每小时30~120°C。所以随炉冷却是最常用的退火冷却方法。当退火缓冷至550~650°C时，奥氏体已完全分解转变。所以，可以出炉空冷或水冷，而不会影响奥氏体分解产物的组织状态，但却缩短了退火总时间。。碳钢在退火及正火状态下的机械特性如表2.7。
退火的目的是减小硬度，改善切削加工性，消除试样的残余应力，均匀组织，细化晶粒，改善材料性能，消除组织内缺陷的作用，为接下来的热处理工艺做准备[16]。
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[17]。
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[18]。
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。不同温度回火的比较如表2.8。
碳钢的回火冷却无特殊要求，一般可在空气中冷却。有时为了尽早测定回火硬度，。各种不同温度回火后的硬度值如表2.9。
也可在水中冷却[19]
有淬火钢在回火时，不同的回火的温度，所发生的转变不同，机械性能也不同，由此可将其分为4种不同的类型。第一种类型是在小于等于200°C时，这时马氏体分解，具体是，由于温度较低，溶碳量降低，马氏体中的碳原子以碳化物的形式析出，随着碳化物的析出，马氏体中碳的饱和度降低，但仍是饱和固溶体，其硬度并没有降低，只是内应力降低。第二种类型是在200°C和300°C之间时，这时残余A转变，残余奥氏体转变为下贝氏体，同时马氏体仍在继续分解，由于M的继续分解，钢的
硬度本应降低，但是又因为生成了下贝氏体，因此钢的硬度并没有想象中的降低，只是钢的淬火应力又近一步降低。第三种类型是在300°C和400°C之间时，碳化物的转变，析出的碳化物转变为渗碳体，此时钢的组织是由铁素体和渗碳体组成，钢的硬度明显降低，淬火应力基本消除。第四种类型是在大于400°C时，渗碳体聚集与铁素体的再结晶，此时钢的组织由铁素体和渗碳体组成，但铁素体仍保留着马氏体时的片状或板条状。
2.2 显微组织观察
2.2.1 金相试样的制备
金相分析是金属组织的重要方法。在100多年的金想学发展史上，大部分的研究工作是在光学显微镜下完成的。近年来，电子显微镜在生产和科学研究中的地位越来越重要，但是在这其中光学显微镜所占比例并没有多大变化，它仍占据一定的位置。
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。
这三个阶段相辅相成，相互影响，是一个整体，无论在哪一个阶段失误，都会影响到最后的结果，因此不能忽视其中任何一个阶段。
根据显微镜的原理，我们可以知道，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，也就不能用显微镜观察到试样的微观组织。因此，我们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。这样的试样才能算是完成了试样的制备工作。如果仅仅是光滑的镜面，在显微镜下观察，我们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→磨光→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。图2.13表示切取试样后形成的粗糙表面，经粗磨﹑细磨﹑抛光后磨痕逐渐消除，得到平整光滑磨面。
图2.13 试样表面磨痕变化示意图
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，即与上一道磨痕相垂直，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。金相试样的磨光一般用碳化硅砂纸，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，因此我们一般采用砂粒适中的砂纸，通常采用粒度在200~900之间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。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。试验所使用的抛光机如图2.14所示。
热处理工艺制度对T10钢组织与性能的影响2 标题: j I a n g u n I v e r I t y 金属材料综合实验 热处理工艺制度对T10钢 组织和性能的影响实验内容 1和T10钢概述 目前，T8、T10和T12是常用的碳素工具钢，其中T10是最常用的T10钢具有良好的可加工性和易获得的优点。然而，淬透性低，耐磨性一般，淬火变形大。由于钢中含有微量合金元素，抗回火性差，硬化层浅，所以承载能力有限。虽然具有高硬度和耐磨性，但小截面工件的韧性不足，大截面工件有残留网状碳化物的倾向。T10钢在淬火和加热过程中不会过热(通常高达800℃)。淬火后，钢中有多余的不溶碳化物，T10钢比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，硬化层通常只有1.5 ~ 5毫米；一般来说，220 ~
250℃回火具有较好的综合性能。热处理过程中的变形比较大，所以只适合制造尺寸小、形状简单、载荷小的模具。2.T10钢c: 0.95 ~ 1.04 (t χ，χ:碳千分率)si:≤0.35 Mn:≤0.40s:≤0.020 p:≤0.030 Cr:允许残留含量≤0.25≤0.10(制造铅浴淬火钢丝时)Ni:允许残留含量≤0.20≤0.12(制造铅浴淬火钢丝时适用于制造各种切削条件差、耐磨性要求高、有一定韧性、刃口锋利、无突发剧烈冲击振动的刀具，如车刀、刨床、钻头、丝锥、铰孔工具、螺旋模、铣刀手锯刀片、冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金冷挤压模、纸冲裁模、塑料成型模、小尺寸冷刃切削模、冲孔模、低精度、形状简单的量具(如夹板等)。)，也可用作无大冲击的耐磨零件等。 2，实验原理 为了研究T10钢退火、淬火和回火后的显微组织，有必要用铁-Fe3C 平衡相图和过冷奥氏体等温转变曲线-C曲线从加热和冷却两个方面进行分析。钢在冷却过程中的组织转变规律由C曲线决定因此，对热处理后钢的显微组织的研究通常是基于C曲线 过冷奥氏体将根据不同的冷却条件在不同的温度范围内经历不同类型的转变通过金相显微镜观察，可以发现过冷奥氏体各种相变产物的显微组织不同。T10钢是过共析钢。过共析钢的C曲线与亚共析钢相似，渗碳体首先析出。随着冷却速度的增加，钢的组织变化为:渗碳体+珠光体→渗碳体+索氏体→渗碳体+屈氏体→屈氏体+马氏体+残余奥氏体→马氏体+残余奥氏体为了使渗碳体呈球形且分布均匀，提高切削性能并为最终热处理做准备，碳素工具钢必须先进行球化处
2015 45与T10钢热处理组织和性能比较研究 学生姓名： 所在院系： 所学专业：机械设计制造及其自动化 导师姓名： 完成时间：2015年4月10日 45钢与T10钢热处理组织和性能比较研究
摘要 为探讨热处理工艺对45钢及T10的影响，本文对45钢与T10做了退火，正火，淬火以及低温回火，中温回火，高温回火的热处理工艺处理,观察金相组织,测量布氏硬度，再对得到的数据进行系统详细的分析比较，结果表明再相同热处理下含碳量是影响45与T10在金相组织形成，硬度差异的主要因素。发现了随着含碳量的增加，钢的硬度、强度增加，塑性、韧性降低的结果。 关键词：热处理，金相组织，硬度，45，T10
45 steel T10 steel heat treatment and research organizations and Performance Comparison Abstract To explore the Heat Treatment on 45 Steel and T10, the paper made of 45 steel and T10 annealing, normalizing, quenching and tempering, tempering temperature, tempering the heat treatment process, observe the microstructure, measuring cloth hardness, and then the data is systematically detailed analysis and comparison results show that the carbon content and then heat-treated at the same affect with T10 45 formed in the microstructure, hardness difference of the main factors. Found that with increasing carbon content steel hardness, strength increases, lower ductility, toughness results. Keywords: heat treatment, microstructure, hardness, 45, T10
T10钢热处理工艺及组织性能研究 任务书 1．课题意义及目标 学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解T10钢的概况；熟悉钢T10的热处理工艺方法；认识T10钢热处理前后金相组织；找出热处理对T10钢组织和力学性能的影响规律，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。 2．主要任务 （1）制定T10钢热处理工艺，进行热处理实验。 （2）制备金相试样，观察分析T10钢热处理前后的显微组织。 （3）测定T10钢热处理前后力学性能，包括硬度、冲击韧性等。 （4）分析热处理工艺、组织结构与力学性能之间的关系。 （5）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。 3．主要参考资料 [1] 王学前，贺毅. 高碳钢快速球化退火工艺的研究[J]. 热加工工艺，2002，（1）：32-33. [2] 沈晓钧. 工具钢的热处理[J]. 铸锻热———热处理实践，1994，（2）：4-17. [3] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007：230-308. 4．进度安排
审核人：2014 年12 月15 日
T10钢热处理工艺及组织性能研究 摘要：本次研究的主要内容是退火态T10钢的热处理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。 关键词：T10钢，热处理，显微组织，力学性能 Researching heat treatment process and microstructure properties of T10 steel Abstract：The main content of this study is researching the heat treatment process and microstructure of the annealed T10 steel.The microstructure and mechanical properties of T10 steel samples with different advance heat treatment were studied by inspecting microstructure of annealed T10 steel samples with different advance heat treatment and measuring the hardness and toughness of annealed T10 steel .The results show that the best advance heat treatment process is normalizing+ isothermal spheroidizing annealing.it will be inherited in the final tissue that is the effect of the tissue obtained by different advance heat treatment.the brittle transition occurs in the annealed T10 steel sample of advance heat treatment is normalizing + ordinary spheroidizing annealing or isothermal spheroidizing annealing after water quenching and low temperature tempering. Keywords:T10 steel, heat treatment, microstructure, mechanical properties I
攀枝花学院本科课程设计（论文） [T10钢车刀热处理工艺设计] 学生姓名：冯康 学生学号： 201311102014 院（系）：材料学院 年级专业：2013级材料成型及控制工程1班 指导教师：孙青竹副教授 二〇一六年六月
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
攀枝花学院本科课程设计（论文）摘要 摘要 本课程主要设计T10钢用来制造车刀的主要热处理设计流程，包括车刀工作条件及失效形式分析。刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度，韧性和抗氧化性，还需具有高的耐热性（红硬性），即在高温下仍能保持足够硬度的性能。 具体工艺流程以及热处理工艺流程包括预备热处理是球化退火：加热至750℃→最终热处理是淬火：加热至790℃→水冷；回火：低温回火150℃→空冷。 关键词：耐磨高硬度红硬性热处理
攀枝花学院本科课程设计（论文）目录 目录 摘要 (Ⅰ) 1、设计任务 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2设计的技术要求 (1) 2、设计方案 (2) 2.1 变速箱设计的分析 (2) 2.1.1工作条件及性能要求 (2) 2.1.2失效形式及使用性能 (2) 2.2钢种材料 (2) 3、设计说明 (4) 3.1加工工艺流程 (4) 3.2具体热处理工艺 (4) 3.2.1预备热处理工艺 (4) 3.2.2最终热处理 (5) 4、质量检测 (7) 5、缺陷与分析 (8) 6、结束语 (9) 7、热处理工艺卡 (10) 参考文献 (11)
1 设计任务 1.1设计任务 T10钢车刀热处理工艺设计。 1.2设计的技术要求 高硬度，高耐磨性是刀具最重要的使用性能之一，若没有足够的高的硬度是不能进行切削加工的。否则，在应力作用下，工具的形状和尺寸都要发生变化而失效。高耐磨性则是保证和提高工具寿命的必要性，除了以上要求红硬性及一定的强度和韧性。 在化学成分上，为了使工具钢尤其是刃具钢具有较高的硬度，通常都使其含有较高的的碳（W（C）=0.65%~1.55%），以保证淬火后获得高碳马氏体，从而得到高的硬度和切断抗力，这对减少防止工具损坏是有利的。大量的含碳质量分数又可提高耐磨性，碳素工具钢的理想淬火组织应该是细小的高碳马氏体和均匀细小的碳化物，工具钢在热处理前都应进行球化退火，以使碳化物呈细小的颗粒状且分布均匀。
T10刚的热处理 1、预备热处理(球化退火) 锻造后为了给后序的加工、最终热处理工序作好准备, 应消除锻件内的应力, 改善组织, 并使其具有合适的硬度和稳定细小的组织, 以利 于机械加工。因此锻件要在毛坏状态下进行预先热处理。T10A 碳素工 具钢, 一般采取球化退火, 使渗碳体成球状均匀分布, 若锻件沿晶界出 现网状碳化物时, 则先进行正火处理, 消除网状碳化物, 然后进行球化 退火。通常采用球化退火, 以获得铁素体机体上分布的细小均匀的粒状 碳化物组织。 表1 球化退火工艺参数 钢号加热等温 温度/℃时间/ h温度/℃时间/ h 空冷硬度 T10A 750~ 780 2~ 3 680~ 700 3~ 5 炉冷至500℃空冷 HB197 2、最终热处理（淬火+低温回火） 2.1、淬火 ( 1) 淬火温度 T10淬透性低。需要用水冷却, 容易产生变形和淬裂, 另 外碳素工具钢对过热敏感, 晶粒容易长大, 其淬火温度一般 是在碳化物与奥氏体共存的两相区内, 这是由于碳化物的存 在不仅可以阻止奥氏体的长大, 使碳素工具钢保持较小晶粒, 从而能在高硬度条件下保证具有一定的韧性; 而且剩余碳化 物的存在也有利于模具耐磨性的提高。为防止过热, 选取最 低的淬火加热温度( 760~ 780℃ ) , 是获得最好机械性能的 关键,为防止淬火开裂, 必须在淬火方法上实现均匀冷却。 ( 2) 加热、保温时间的确定 由于加热时间与模具的材质、工件大小有关。升温时间 因工件大小而异, 保温时间依材质而不同, 加热时间不可取 一定值, 加热时间的长短直接影响模具的组织性能。为保证 T10A 冷作模具基体奥氏体化, 碳化物溶解, 必须有一定保 温时间, 保温时间采用40~ 60 min。 2.2、回火 模具在淬火或电火花加工后应及时进行回火处理, 回火温度应根据模具的硬度性能要求选择不同的回火温度, 以获得不同强 度、韧性及硬度要求, T10 碳素工具钢在不同回火温度下的硬度如
微观组织控制课程实验 学院：机械与汽车工程学院 班级：材控 学号： 姓名：
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：
热处理制度对T10钢组织和硬度的影响实验 一、实验目的 1.论述T10钢球化退火和780℃淬火后的组织和硬度。 2.探索了改变原始组织和热处理工艺（淬火温度）对其的影响。 二、概述 T10钢是一种最常用的工模具钢，热处理后要求有高的硬度59—65HRC、强度、耐磨性及适当的韧性等；T10钢ACm为800℃，通常采用球化退火、Ac1+(30~50)℃淬火及170℃~200℃回火的传统热处理工艺。通常认为这可使钢获得具有最佳配合的强度和韧性。一些工厂的生产实践表明，T10钢制冷变形模具使用寿命较低，易出现壁裂、崩刃和折断等，以致过早报废。为此，我们探索改进T10钢的热处理工艺。 三、实验步骤 二实验过程 1.试验方法 试验用T10钢的成分见表1。选用粒状珠光体及片状珠光体两种原始组织，前者试样仅用780℃传统工艺淬火，而后者试样则用740、780、840、900℃四种淬火温度，随后进行机械性能检测试验。 表1 T10钢的化学成分
2.试样的热处理2.1预备热处理2.2.1正火 T10钢的A Cm 为800℃，正火温度约为A Cm +30~50℃，故取840℃。 用下列经验公式计算加热时间： aKD T 公式中T——加热时间，min； a——加热时间系数，min/mm，（碳钢取0.8~1.2 min·mm-1）； K——装炉修正系数； D——工件有效厚度，mm。 正火工艺参数见表2，工艺曲线见图1。 表2 正火工艺参数 温度 T/℃
图1 正火工艺曲线正火后组织图见图2 时间t/min 840℃550℃
图2 正火后组织（×400） 2.1.2球化退火 T10钢锻坯经10kw 箱式电炉等温球化退火，在770 ℃保温2 h ，再冷到680℃，保温4小时，出炉空冷。机械加工后的机械性能、淬透性及金相试样，一部分按传统工艺热处理，以作对比。球化退火工艺参数见表2。 球化退火工艺曲线见图3。 图3 球化退火工艺曲线 球化退火后组织如图4所示 时间t/min 770℃ 温度T/℃ 680℃
.. .. J I A N G S U U N I V E R S I T Y 金属材料综合实验 题目：热处理工艺制度对T10钢组织与性能的影响 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：金属1202 姓名：马英 学号：3120702041 小组成员：任宁庆、韦明敢、李鑫宇 指导教师：邵红红、王兰、吴晶教师 2021年1月
热处理工艺制度对T10钢组织与性能的影响 一、实验内容 1、T10钢概述 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，但小截面工件韧性缺乏，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。热处理时变形比拟大，故只适宜制造小尺寸、形状简单、受轻载荷的模具。 2、T10钢化学成分 碳 C ：0.95～1.04〔Tχ，χ：碳的千分数〕硅 Si：≤0.35 锰 Mn：≤0.40 硫 S ：≤0.020 磷 P ：≤0.030 铬 Cr：允许剩余含量≤0.25≤0.10(制造铅浴淬火钢丝时) 镍 Ni：允许剩余含量≤0.20≤0.12(制造铅浴淬火钢丝时) 铜 Cu：允许剩余含量≤0.30≤0.20(制造铅浴淬火钢丝时) 注：允许剩余含量Cr+Ni+Cu≤0.40(制造铅浴淬火钢丝时) 3、T10钢适用范围 这种钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具〔如卡板等〕，也可用作不受较大冲击的耐磨零件等。
t10钢的淬火组织 T10钢是一种高碳工具钢，具有优异的硬度和耐磨性，在工业制造和冶金加工中广泛应用。淬火是一种热处理工艺，通过控制钢材的冷却速度，使其在固态下迅速冷却，从而提高钢材的硬度和耐磨性。对于T10钢而言，淬火是必不可少的工序，可以很好地改善其力学性能和使用寿命。 T10钢的淬火组织主要决定于钢材的成分和处理工艺。T10钢的主要成分为碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）和硫（S）。其中，碳是钢材的主要强化元素，能够提高钢材的硬度和强度。而硅、锰、磷和硫等元素则通过形成相应的化合物和固溶体来影响钢材的热处理性能和力学性能。 在淬火过程中，首先需要将T10钢加热到适当的温度，使其达到A3点以上。然后，将钢材迅速置于冷却介质中，以实现快速冷却。常用的冷却介质有水、油和盐水等。冷却过程中，钢材的温度将迅速下降，达到马氏体转变的范围。在适宜的冷却速度下，钢材中的马氏体将得以保留。
马氏体是一种具有高硬度和脆性的组织形态，能够有效提高钢材 的硬度，但同时也会增加钢材的脆性。对于T10钢而言，淬火的目标 是尽可能多地产生马氏体，以获得较高的硬度，同时又要尽量减少马 氏体的脆性，以保证钢材的使用寿命。 T10钢的淬火组织主要有马氏体、残余奥氏体和贝氏体等。马氏体是由奥氏体经过快速冷却所得到的一种相，具有充分强化的效果。残 余奥氏体是在淬火过程中没有转变成马氏体的奥氏体，常常出现在硬 度较低的区域，对钢材的力学性能有一定影响。贝氏体则是由马氏体 经过回火处理后转变而成的组织相，可以提高钢材的韧性和强度。 为了得到理想的淬火组织，可以选择不同的淬火条件和回火工艺。淬火条件包括加热温度、冷却介质和冷却速度等。一般来说，较高的 加热温度和更快速的冷却速度可以得到较高的硬度和强度，但同时也 会增加残余奥氏体的含量。回火工艺则是通过控制回火温度和时间， 来调节贝氏体的含量和组织形貌，以实现对钢材硬度和韧性的平衡。 总之，T10钢的淬火组织是通过控制钢材的加热和冷却过程来实现的。合理的淬火工艺可以得到理想的硬度和韧性，提高钢材的力学性
1 绪论 1.1T10钢的用途 T10碳素工具钢,强度及耐磨性均较T8和T9高，但热硬性低,淬透性不高且淬火变形大，晶粒细，在淬火加热时不易过热，仍能保持细晶粒组织，淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以耐磨性高，用于制造具有锋利刀口和有少许韧性的工具。适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，也可用作不受较大冲击的耐磨零件。 T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250℃），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大[1]。 T10钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件等。 1.2 T10钢的化学成分及物理性能 [2] 1．碳。碳是决定钢材性能的最重要元素。碳对钢材性能的影响如图（1）所示：当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在 1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降[3]。 随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。
t10钢的结晶过程及组织状态 结晶是固态金属在固态化学反应中，发生了原子或分子的重新排列形成晶体的过程。钢是一种合金，其中含有铁和碳，以及其他合金元素。t10钢是一种碳钢，其主要成分为铁和碳。在钢的结晶过程中，原子或分子会逐渐排列有序，形成晶体结构，从而影响钢的组织状态和性能。 在t10钢的结晶过程中，首先需要进行熔炼。熔炼过程中，将t10钢的原料放入高温炉中进行加热，使得原料熔化。随后，通过冷却，原料逐渐凝固形成固体。在凝固过程中，原子或分子会重新排列有序，形成晶体。 t10钢的组织状态主要包括铁素体、珠光体和贝氏体等。铁素体是钢中最基本的组织，是由α铁晶体组成的。珠光体是由铁素体和碳骨架组成的结构，具有一定的韧性和抗拉强度。贝氏体是在钢中形成的一种组织，具有较高的硬度和强度。 在t10钢的结晶过程中，具体的组织状态取决于冷却速率和合金元素的影响。快速冷却会导致组织细化，形成细小的晶粒，从而提高钢的硬度和强度。而慢速冷却则会导致组织粗化，形成大的晶粒，使钢具有较好的韧性和塑性。 除了冷却速率，合金元素也对t10钢的组织状态有重要影响。例如，
添加了适量的铬、钼等合金元素可以提高钢的硬度和耐磨性；添加适量的锰、硅等合金元素可以提高钢的强度和韧性。合金元素的加入可以改变钢的晶粒形貌和组织结构，从而调整钢的性能。 t10钢具有一系列优异的特性。首先，它具有较高的硬度和强度，能够满足一些对耐磨性要求较高的场合。其次，t10钢具有良好的韧性和塑性，能够适应较大的变形和冲击载荷。此外，t10钢还具有较好的耐腐蚀性能和热处理响应性，能够通过适当的热处理工艺进一步改善钢的性能。 总结起来，t10钢的结晶过程和组织状态是钢材形成和性能发挥的重要环节。通过合理的冷却速率和合金元素的控制，可以得到不同的组织结构，从而满足不同工况下的需求。t10钢具有较高的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性能，是一种重要的结构材料。在实际应用中，我们可以根据具体要求选择合适的热处理工艺，进一步优化t10钢的组织和性能，以满足不同领域的需求。
T10钢车刀热处理工艺分析 1、摘要 T10钢车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。在切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度。因此，刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度，韧性和抗氧化性，还需具有高的耐热性（红硬性），即在高温下仍能保持足够硬度的性能。 2、技术要求 高硬度，高耐磨性是刀具最重要的使用性能之一，若没有足够的高的硬度是不能进行切削加工的。否则，在应力作用下，工具的形状和尺寸都要发生变化而失效。高耐磨性则是保证和提高工具寿命的必要性，除了以上要求红硬性及一定的强度和韧性。 在化学成分上，为了使工具钢尤其是刃具钢具有较高的硬度，通常都使其含有较高的的碳（W（C）=0.65%~1.55%），以保证淬火后获得高碳马氏体，从而得到高的硬度和切断抗力，这对减少防止工具损坏是有利的。大量的含碳质量分数又可提高耐磨性，碳素工具钢的理想淬火组织应该是细小的高碳马氏体和均匀细小的碳化物，工具钢在热处理前都应进行球化退火，以使碳化物呈细小的颗粒状且分布均匀。 3、工作条件及性能要求 刃具在切削过程中，刀刃与工件表面金属相互作用，使切削产生变形与断裂，并从工件整体剥离下来。故刀刃本身承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等负载荷作用。由于切削层金属的变形及刃具与工件、切削的摩擦产生大量的摩擦热，均使刃具温度升高。切屑速度越快，则刃具的温度越高，有时刀刃温度可达600℃左右。
1) 为了保证刃具的使用寿命，应要求有足够的耐磨性。高的耐磨性不仅决定于高硬度，同时也取决于钢的组织。在马氏体基体上分布着弥散的碳化物，尤其是各种合金碳化物能有效地提高刃具钢的耐磨能力。 2) 为保证刀刃能进入工件并防止卷刀，必须使刃具具有高于被切削材料的硬度(一般应在60HRC以上，加工软材料时可取45~55HRC)，故工具钢应是以高碳马氏体为基体组织。 用T10钢制造形状简单的车刀，基本工艺路线为：矿石→铸态组织→锻造→热处理1→机加工→（品质）热处理2（淬火+回火+表面热处理）→磨加工（磨削）。 T10碳素刃具钢参数 含碳量：W（C）=1%左右 工作温度：低于200℃ 性能：高硬度，成本低。 缺点：淬透性低，红硬性差，耐磨性不足。 热处理工艺：球化退火+淬火（水油双淬火）+低温回火（150℃~250℃） 过共析钢：不完全淬火+低温回火组织：马氏体+未溶碳化物 4、热处理1:球化退火 对于含碳量大于0.6%的各种工具钢，磨具钢，轴承钢，共析、过共析钢的锻轧件等为了改善其各类性能或提高最终热处理组织和性能，常常采用退火或球化退火工艺。球化退火是高碳钢预先热处理工艺，退火一般为炉内缓冷，为其淬火工艺中均匀奥氏体化提供组织准备。T10属于碳素工具钢，含碳量为1%左右。球化退火的作用是消除钢中网状碳化物，改善金相组织，（因为锻造后晶粒粗大，硬度较高。）提高塑性，韧性，降低钢的硬度，以利于切削加工，减少最终热处理时的变形开裂趋势，而且也为淬火做好组织上的准备。退火温度为Ac1~Acm 之间 ,必须严格控制退火加热温度。退火后的组织为体基体上分布着均匀的、细小的碳化物颗粒。 球化退火工艺图：
工具钢热处理工艺-组织-性能的系统分析 (综合性实验) 一、实验目的 1.掌握工具钢热处理中成分—工艺—组织—性能内在关系； 2.通过实验，掌握材料的系统分析方法。 3.了解工具钢不同工艺条件下的常见组织。 二、实验原理 工具钢要紧用于制造各种切削刀具，模具和量具。因此要有高的硬度和耐磨性、高的强度和冲击韧性等。常用的工具钢有T10、9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V 等。T10是一般碳素工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体＋少量剩余奥氏体。9CrSi是低合金工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体。Cr12MoV是模具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋块状碳化物渗碳体。下面以高速钢为例，介绍其热处理工艺特点,显微组织与性能的关系。 铸态的高速钢的显微组织黑色组织为δ共析相；白色组织是马氏体和剩余奥氏体；鱼骨状组织是共晶莱氏体。铸态高速钢的显微组织中，碳化物粗大，且特别不均匀，不能直截了当使用，必须进行反复锻造。锻造后还须进行退火。退火的目的：①消除锻造应力，落低硬度便于切削加工；②为淬火组织做好组织上的预备。因为原组织为马氏体、屈氏体、或索氏体的高速钢，未经退火，淬火时可能引起萘状断口。退火温度宜为860～880℃，加热时刻为3～4小时左右，为了缩短退火时刻，一般采纳等温退火，即：860～880℃加热3～4小时，炉冷到700～750℃等温4～6小时。锻造退火组织：在索氏体基体上分布着粗大的初生碳化物和较细的次生碳化物〔碳化物呈白亮点〕。 高速钢的淬火工艺的特点：要紧是加热淬火温度高。目的是尽可能多的使碳和合金溶进奥氏体。高速钢的淬火方法有油淬、分级、等温、空冷等。以W18Cr4V 为例，淬火温度在1270℃～1290℃，淬火组织是由〔60～70%〕马氏体和〔25～30%〕剩余奥氏体及接近10%的加热时未溶的碳化物组成，晶粒度9～10级。硬度63～64HRC。当淬火温度缺乏，在1240℃～1260℃时，碳化物大局部未溶进奥
金属材料工程专业 课程设计 T10钢的淬火与低温回火工艺设计 概述： 1.1热处理原理与工艺 热处理是对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工方法。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。热处理工艺一般包括
加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。 1.2 淬火工艺 淬火：指将钢件加热到Ac3 或Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。 1.3 回火工艺 低温回火又称“消除应力回火”。回火温度范围为150-250摄氏度，回火后的组织为回火马氏体。钢具有高硬度和高耐磨性，但内应力和脆性降低。主要应用于高碳钢和高碳合金钢制造的工具模和滚动轴承，以及经渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为 58-64HRC。