翟鵬飛，尉豐嬋，張志勇

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西 太谷 030800）

1 研究的背景及意義

低碳鋼一般軋成角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼帶或鋼板，用于制作各種建筑構(gòu)件、容器、箱體、爐體和農(nóng)機(jī)具等。在以前由于低碳鋼較低的硬度與強(qiáng)度等性質(zhì)，在使用范圍方面受到了較大限制。最近，隨著高新技術(shù)的推廣應(yīng)用，低碳鋼的用途得到了較大的開發(fā)利用。這也給我們對(duì)低碳鋼的綜合利用，指明了新的道路。本文通過對(duì)低碳鋼在水介質(zhì)中，進(jìn)行不同溫度下的淬火作為鋼的熱處理方法，分別在硬度計(jì)與金相顯微鏡中進(jìn)行試驗(yàn)，研究其硬度及金相組織，探究它們的關(guān)系，具有一定的實(shí)踐意義。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

通過研究20#鋼在不同溫度下進(jìn)行淬火，測(cè)試其硬度并觀察組織的變化，進(jìn)而進(jìn)行分析研究，所用試樣為直徑30 mm，高40 mm的小圓柱體。

2.1 加熱時(shí)間

在實(shí)際生產(chǎn)中，只有在使用大型工件或熔爐時(shí)，才會(huì)分別考慮加熱時(shí)間和保溫時(shí)間。但在普通的時(shí)候下，加溫和保持恒溫兩個(gè)時(shí)段被我們一起叫作淬火加熱時(shí)間。常用公式為：加熱時(shí)間=加熱系數(shù)×裝爐量修正系數(shù)×工件有效厚度。

2.2 加熱溫度

20#鋼屬于亞共析鋼，對(duì)于亞共析鋼，淬火加熱的溫度應(yīng)該選用在超過AC3之上的30℃～50℃溫度范圍，可以充分奧氏體化，晶粒尺寸也較細(xì)小。

2.3 淬火介質(zhì)

水是一種具有強(qiáng)大冷卻能力的淬火介質(zhì)。在300℃～100℃中，我們把這個(gè)溫度區(qū)間稱為馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，在此區(qū)間內(nèi)，水是沸騰的，形成的冷卻是非?？斓?，隨之馬氏體轉(zhuǎn)變的速度也會(huì)非?？?。水是一種良好的冷卻介質(zhì)，用于淬火和冷卻小尺寸和簡(jiǎn)單形狀的碳鋼工件。

根據(jù)以上因素，我們選擇箱式電阻爐作為淬火用加熱設(shè)備，根據(jù)工藝手冊(cè)可知，保溫時(shí)間的計(jì)算公式

式中：t——保溫時(shí)間；ɑ——保溫時(shí)間系數(shù)，min/mm；K——工件裝爐方式修正系數(shù)；H——工件的有效直徑或厚度，mm。

由于我們選擇的是將工件單個(gè)平放，所以我們的修正系數(shù)是1。我們所有選用的工件是圓柱體，H=h，它的有效厚度為1 cm，即H=10 mm，所以根據(jù)公式（1）可得，我們的加熱時(shí)間為：t=1×1×40=40 min，因此我們的加熱時(shí)間為40 min。

20#鋼的Ac3為855℃，所以我們選擇的溫度為880℃，920℃。

2.4 金相組織觀察

對(duì)冷卻后的試樣進(jìn)行打磨，分別在不同牌號(hào)的金相砂紙上從粗到細(xì)進(jìn)行試樣磨制，之后在金相拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察其組織。

2.5 布氏硬度測(cè)試

在觀察完金相組織后，我們還需要對(duì)在不同溫度下淬火后的20#鋼進(jìn)行硬度測(cè)試。我們選擇布氏硬度，選用球壓頭，型號(hào)為2.5，檢測(cè)時(shí)選擇1 839 N，對(duì)于黑色金屬，載荷的維持時(shí)間在10～15 s，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇了11 s作為保持時(shí)間，將每組使用的材料都測(cè)試3次，取平均值。

表1 樣品處理前后的硬度Tab.1 Hardness of samples before and after treatment

3 結(jié)論

通過觀察及分析發(fā)現(xiàn)在淬火后，試樣的硬度有明顯提高，而且溫度較高時(shí)的淬火后試樣硬度更大一些，較原材硬度提升了約31%，結(jié)合金相圖片，在高溫下淬火后的組織內(nèi)部具有更多的滲碳體，由于滲碳體的硬度很高，提高了試樣的硬度。