1．熟悉用頂端淬火法測定鋼的淬透性；
2．確定實驗用鋼的臨界淬透直徑；
3．比較碳鋼與合金鋼的淬透性。
淬透性是指鋼在一定的冷卻條件下淬火時獲得馬氏體組織的能力，通常用淬透性曲線圖來表示。淬透性大小是鋼的一種重要技術效能，它是設計機械零件的一項重要資料，因此幾乎大部分鋼種均要進行淬透性的測定。
測定鋼的淬透性方法很多，有頂端淬火法、斷口檢驗法、u曲線法、臨界直徑法及計算法等。目前國內外廣泛應用的是頂端淬火法。頂端淬火法比較簡便，適用範圍較廣，通常用於結構鋼淬透性的測定，也可用於彈簧鋼、軸承鋼及合金工具鋼等。
我國國家標準中規定的兩個淬透性檢驗方法為：gb227-63碳素工具鋼淬透性試驗法，gb225-63結構鋼頂端淬透性試驗法。本次實驗課只做頂端淬透性試驗。
頂端淬透性試驗法：
頂端淬透性試驗法是將一圓柱形標準試樣加熱到淬火溫度，然後在試樣的乙個端麵噴水淬火，故稱為頂端淬火法。噴水端冷卻速度最大，隨著距噴水端距離的增加，冷卻速度逐漸減小。由於冷卻速度不同，試樣的不同部位轉變為不同的組織。
不同的組織反映出效能上的差異；測出沿試樣長度方向硬度值的變化，根據硬度值繪成的曲線即為淬透性曲線。
具體試驗方法如下：
1．試樣——標準試樣尺寸為直徑25mm，長度100mm的圓柱形試樣；
2．加熱——加熱是在溫度均勻的電爐中進行，40鋼加熱溫度830-850℃，40cr鋼加熱溫度840-860℃。保溫時間30~50分鐘。為保持試樣表面不發生脫碳及氧化，試樣通常是裝進保護盒子內再放入加熱爐中進行加熱的，試樣周圍填充鐵屑及木炭，末端處可鋪放少量的石墨粉。
按保護盒的大小應適當增長保溫時間，以保證試樣本身仍能有足夠的保溫時間。
3．頂端淬火——淬火是在特製的淬火器上進行的。噴水口的內徑為12.5mm，試樣末端與噴水口的距離為12.
5mm。淬火前將噴水柱的自由高度調節到65±10mm，調整後，用玻璃板將噴水柱蓋住，如試樣架上有水應檫幹；準備好後將試樣由爐中取出放入淬火支架上，立即抽掉玻璃板開始往試樣噴水淬火。
試樣從爐中取出到開始噴水這段時間不得超過5秒。整個噴水過程試樣處於靜止的空氣中，注意不要有水濺到試樣側面，噴水時間為10~12分鐘，然後將試樣取出放入水中冷卻。
4．磨製試樣——淬火後的試樣在圓柱表面相對180°的兩個側面各磨出乙個平面（磨掉約0.2~0.5mm深度），兩個平面相互平行。注意磨製過程要求水冷以防止發生回火現象。
5．硬度測定——用洛氏硬度計沿磨麵的中心線測量硬度值，由距末端1.5mm處測起，每隔1.5mm測一點。當硬度值下降趨於平穩時，可每隔3mm測一次，直到硬度值不再下降為止。
6．繪圖——將兩個面上測得的硬度值取平均值，畫在縱座標為硬度（hrc）橫座標為距末端距離的圖中。這種圖稱為末端淬火硬度曲線圖，常簡稱為淬透性曲線。
由於乙個鋼種不同爐次冶煉在化學成分、晶粒大小等方面都不會完全相同，因此硬度值也會有點波動，故一種牌號的鋼淬透性曲線呈帶狀。
根據國家標準gb225-63規定，表示鋼的淬透性數值的方法是用來表示，j表示末端淬透性試驗，d表示距試樣末端的距離，而hrc是指d處所測得的硬度值。例如某鋼種的淬透性值，即表示此鋼種末端淬火試樣距末端5mm處的硬度值為hrc42。
我國各種鋼的淬透性曲線均已測出，使用時可查閱有關手冊（淬透性手冊、熱處理手冊、合金鋼手冊及機械工程手冊有關部分等）。
裝置——箱式電阻爐、頂端淬火器、洛氏硬度計、台式砂輪機。
器材——鐵鉗、鐵盒、手套、鋼筆尺。
試樣——40、40cr鋼頂端淬火試樣。
1．全班分組，分別測定40、40cr其中一種鋼的淬透性。
2．匯集本大組的實驗資料，繪製兩個鋼種的頂端淬火硬度曲線即淬透性曲線。
3．負責淬火操作的同學事先要進行操作演練，試樣轉移時間不超過5秒。
4．測硬度前，在試樣側面上先塗上粉筆，在用鉛筆、直尺畫刻度線。
5．負責測硬度的同學，在上硬度計操作之前，先聽硬度計操作要領的講課。
1．寫出實驗目的。
2．列出二個鋼種的硬度實驗資料紀錄表。
3．根據實驗所得的硬度資料，用座標紙繪製出試驗用鋼的淬透性曲線。
4．依據繪製的淬透性曲線，並借助教材中的有關曲線圖，估計出實驗用鋼在水中及油中淬火時的臨界直徑。
實驗二普通鋼的熱處理（4課時）
2.1實驗目的
1．了解鋼普通熱處理(退火、正火、淬火、回火)的操作方法。分析鋼在熱處理時含碳量、加熱溫度、冷卻速度及回火溫度等主要因素對鋼熱處理後組織與效能的影響。
2、了解金屬材料的硬度試驗方法。
2.2實驗概述
熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法，也是充分發揮金屬材料效能潛力的重要手段。熱處理的主要目的是改變金屬材料的效能，其中包括使用效能及工藝效能。熱處理之所以能使金屬材料的效能發生顯著變化，主要是由於金屬材料的內部組織結構可以發生一系列的變化。
採用不同的熱處理工藝過程，將會使金屬材料得到不同的組織結構，從而獲得所需要的效能。鋼的熱處理工藝過程是:將鋼加熱到一定的溫度，經一段時間的保溫，然後以某種速度冷卻下來。
通過這樣的工藝過程能使鋼的效能發生改變。
1．鋼的熱處理
（1）鋼的退火
鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度ac1或ac3線以上，保溫一段時間，然後緩慢地隨爐冷卻。此時，奧氏體在高溫區發生分解，從而得到比較接近平衡狀態的組織。一般中碳鋼(如40、45鋼)經退火後消除了殘餘應力，組織穩定，硬度較低(hb180～220)有利於下一步進行切削加工。
圖2-1是以45鋼為例的退火工藝曲線：
(a)普通退火工藝曲線b) 二段式退火工藝曲線
圖2-1 45鋼的退火工藝曲線
保溫時間的經驗公式：τ = k d (2-1)
(單位為min,式中,k為加熱係數,一般k =1.5∽2.0mm/min,若裝爐量大，則可延長保溫時間；d為工件有效厚度,單位為mm)。
操作步驟如下： 入爐→ 保溫→ 出爐→ 爐冷
退火硬度要求：45，≤197hb； t8，≤180hb。
（2）鋼的正火
鋼的正火通常是把鋼加熱到臨界溫度ac3或accm線以上，保溫一段時間，然後進行空冷。由於冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體量相對較多，且片層較細密，故效能有所改善，細化了晶粒，改善了組織，消除了殘餘應力。對於低碳鋼來說，正火後提高硬度，可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對於高碳鋼，則正火可消除網狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織準備。
圖2-2是以45鋼為例的正火工藝曲線：
圖2-2 45鋼的普通正火工藝曲線
保溫時間的經驗公式參見式（2-1）。
操作步驟如下：入爐→ 保溫→ 出爐→ 空冷
正火硬度分析：45，≤241hb； t8，241-302hb。
(3) 鋼的淬火
鋼的淬火通常是把鋼加熱到臨界溫度ac1或ac3線以上，保溫一段時間，然後放入各種不同的冷卻介質中快速冷卻(v冷＞v臨)，以獲得具有高硬度、高耐磨性的馬氏體組織。
圖2-3是以45鋼為例的淬火工藝曲線：
(a)普通淬火工藝曲線b) 等溫淬火工藝曲線
圖2-3 45鋼的淬火工藝曲線
保溫時間的經驗公式參見式（2-1）。
操作步驟如下：入爐→ 保溫→ 出爐→ 油冷（或水冷）
淬火硬度分析如表（2-1）所示。
表（2-1）淬火硬度分析
(4)鋼的回火
鋼的回火通常是把淬火鋼重新加熱至ac1線以下的一定溫度，經過適當時間的保溫後，冷卻到室溫的一種熱處理工藝。由於鋼經淬火後得到的馬氏體組織硬而脆，並且工件內部存在很大的內應力，如果直接進行磨削加工則往往會出現龜裂，甚至開裂。一些精密的零件在使用過程中將會引起尺寸變化從而失去精度。
因此，淬火鋼必須進行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得各種不同的效能。
圖2-4是以45鋼為例的回火工藝曲線。
圖2-4 45鋼的回火工藝曲線
保溫時間的經驗公式參見式（2-1）。
操作步驟如下：入爐→ 保溫→ 出爐→ 水冷（或空冷）。
回火硬度分析：
650℃回火硬度值如表（2-2）所示。
表（2-2）650℃回火硬度值
②淬火後系列回火溫度對應硬度值如表（2-3）所示。
表（2-3）淬火後系列回火溫度對應硬度值
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