1、本科毕业论文（20 届）40Cr 钢热处理新工艺研究所在学院专业班级 材料成型及控制工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 40Cr 钢热处理新工艺研究 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，了解钢的热处理原理和热处理工艺；了解 40Cr 钢的概况，熟悉 40Cr 钢的热处理工艺方法；认识 40Cr 钢热处理前后金相组织；找出热处理对 40Cr 钢组织和力学性能的影响规律，通过毕业设计为优化热处
2、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 40Cr 钢热处理工艺，进行热处理实验。（2）制备金相试样，观察分析 40Cr 钢热处理前后的显微组织。（3）测定 40Cr 钢热处理前后力学性能，包括拉伸性能、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 傅璞. 40Cr 热处理工艺及其组织与性能J. 机械工程与自动化，2005， （05）： 110-111.2 陈昊，李安铭 . 零保温淬火概念的提出与可行性分析J.中国科
3、技信息杂志，2008， （12）：140-142.3 邓楚平. 45 钢、40Cr 钢调质热处理新工艺研究J. 湖南有色金属，2004， （06）：25-26.4杨在志. 热处理工艺对 40Cr 钢组织性能的影响.钢结构，2008， （1）：16-18.5张红英，张鸿冰 . 40Cr 钢的形变热处理行为J .热加工工艺（热处理版）2006（1）：50-51.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，了解研究目的意义，制定实验方案3 月 3 日3 月 23 日2 完成热处理实验 3 月 24 日4 月 13 日3 完成试样制备及显微组织观察 4 月 14 日5 月 4 日4 完成力学
4、性能测定及实验结果分析 5 月 5 日6 月 1 日5 完成撰写及答辩工作 6 月 2 日6 月 22 日审核人： 2014 年 12 月 15 日I40Cr 钢热处理新工艺研究摘 要：采用对比试验的方法，对 40Cr 钢分别进行传统工艺和新工艺两种热处理方法。新工艺中涉及到“ 零保温 ”的概念，为了使实验结果更加明显，在新工艺热处理方法中设置 3 组热处理实验，试验完毕之后，测试了热处理过的金属的力学性能。观测了每组金属的金相结构，探究了不同的热处理工艺对材料的抗拉强度、硬度、塑韧性的影响，探究了 40Cr 钢热处理新方法与传统热处理方法的区别，以及新的热处理方法的长处。结果表明，相同的淬火
5、温度下，40Cr 钢的硬度会随回火温度的升高而降低，回火温度 460下 40Cr 钢硬度最大，传统工艺处理过的 40Cr 钢硬度最小；在 460回火冲击韧性的数值最低；570 回火的金相组织为回火索氏体，塑韧性较高。关键词：40Cr 钢，热处理新工艺，力学性能A Study on a New Heating Treatment Technique of 40Cr SteelAbstract: Contrast experiment method was used to compare traditional heating treatment and new heating treatment
6、 of 40Cr steel. The new heat treatment technology involved the conception of “zero time holding”. In order to make the experiment result more obvious, three groups of heating treatment experiments of new heating treatment technique was set, and when the experiment finished, the steels mechanic perfo
7、rmance after heating treatment was tested. Metals metallic structures of each group were observed, and different heating treatment methods influence to materials strength of extension, hardness and ductility and toughness was probed, so were the differences of 40Cr steel after the new heating treatm
8、ent methods and the traditional heating treatment methods and the advantages of the new heating treatment methods. The experiment results show that under the same quenching temperature, 40Cr steels hardness will decrease with the increase of the temper temperature, and steels hardness is the highest
9、 when the temper temperature is 460, while the hardness of the 40Cr steel after the traditional heating treatment is the smallest; the values of impact toughness is the lowest when the temper temperature is 570 ,the metallic structure under 570 temper is tempered sorbite, and the ductility and tough
10、ness is rather high.IIKeywords: 40Cr steel, new heating treatment technology, mechanical performanceII目 录1 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.2 国内外研究进展 .11.3 研究内容和研究方法 .21.4 本章小结 .32 实验过程 .42.1 实验材料 .42.2 热处理工艺制定 .52.3 试样制备及显微组织观察 .92.3.1 试样制备 .92.3.2 显微组织观察 .92.4 力学性能测定 .112.4.1 硬度测量 .112.4.2 拉伸性能测量 .122.4.3 冲击韧
11、性测量 .122.5 本章小结 .133 结果与分析 .143.1 显微组织分析 .143.2 硬度试验结果分析 .193.3 冲击试验结果分析 .203.4 拉伸试验结果分析 .213.4.1 断口形貌分析 .223.4.2 力学性能曲线分析 .223.5 本章小结 .284 结论 .29参考文献 .30致 谢 .3111 绪论1.1 研究目的及意义在实验中使用亚温淬火后，40Cr 钢的硬度、抗拉强度和屈服强度略有下降，而塑性有一定的提高，特别是低温冲击韧度有很大提高，这就使得 40Cr 在更低的温度下处于韧性状态，从而扩大了其使用范围，而且亚温淬火抑制了 40Cr 的回火脆性，使不同的回火
12、冷却速度对回火脆性已不敏感，从而使 40Cr 钢的回火温度降低，在不牺牲强度的情况下提高韧度 1。40Cr 的力学性能取决于化学成分及热处理工艺，碳的含量及回火温度对力学性能的影响比较显著，随着科技的发展对其采用的热处理新工艺具有缩短保温时间，节约能源，并改善工具表面耐磨性和内部组织性能等优点 2,3。1.2 国内外研究进展2004 年邓楚平在研究“40Cr 钢调质热处理新工艺”中得出，与传统的调质热处理工艺不同之处在于，40Cr 钢达到淬火温度后，不需要保温就可以立即淬火，之后再经回火处理，试验发现，经过新工艺处理后的材料综合性能与传统工艺处理的结果大体相当，但是新工艺具有缩短保温，节约时间
13、和能源，降低生产成本，并改善工具表面耐磨性和内部组织性能等优点 4。2008 年杨在志研究 40Cr 钢在不同热处理工艺下的组织和性能，结果表明，与普通淬火相比较，亚温淬火在低的加热温度下，使钢具有高的强度和硬度，其淬火和回火后的 HRC 分别为 56.32 和 52.18，同时亚温淬火后，钢的组织均匀、细小，有少量的游离态的铁素体存在，提高材料塑性和韧性，特别是低温冲击性能明显升高，扩大了适用范围，40Cr 钢亚温淬火后回火组织析出的第二相与母项保持了一点的共格关系具有一定的取向性 5。同年六月陈昊等提出零保温淬火的概念，即工件表面达到淬火温度后立即淬火冷却，它省去了工件透热和组织转变所需要
14、的时间，不仅节约资源而且提高效率，消除了工件在保温过程中产生的氧化，脱碳等缺陷 3。22011 年末张红英，张鸿冰通过分析形变速率与温度对 40Cr 钢热变形的真应力-应变曲线的影响，制定合理的加工工艺，有效控制产品的组织性能，提高产品质量 6。2014 年林宗德，陈文提出 40Cr 钢是我国应用 最广泛的合金调制钢，它用于制造某些零件，其要求就是要提高性能及使用寿命，正确使用先进的热处理技术可以充分发挥材料的潜力和延长材料的使用寿命，同时保证了机械设备的高精度 7。在机械制造中热处理是一项非常关键的工艺，热处理可以提升材料的强度，硬度和塑韧性，提高零件的综合性能，延长其使用的时间。热处理所消
15、耗的能源非常大，我国 95以上金属零件的热处理是电加热，其用电量占制造业总量的 30左右，与国外制造业发达的国家相比，我国热处理消耗能源偏高，研究节能型热处理工艺已经成为国内外热处理研究领域的重要研究目标 8。近些年来，我国的热处理技术在各方面取得了很大的进步，如化学气相沉积、物理气相沉积、激光束和电子束热处理，但是热处理设备和生产工艺水平还落后于发达国家，热处理过程中存在着严重的工件氧化脱碳现象、产品质量不高、生产率低、成本高、能耗大等问题 9,10。我国现阶段的热处理生产目标主要是少污染、无氧化、节能 11。热处理的技术发展方向是：研究新的热处理工艺，优化其工艺参数，尽可能地降低能耗，采用
16、新的加热源和加热方式 12。1.3 研究内容和研究方法研究内容：1. 本试验制定 6 组 40Cr 钢的正火、退火、淬火、回火等热处理工艺方法，一组是常规热处理方法，另 5 组是新工艺处理方法，形成对照组。2. 制备金相试样，观看和分析两组 40Cr 钢热处理前后的金属显微结构。3测定 40Cr 钢热处理前后的拉伸性能、洛氏硬度、冲击韧性等。4讨论热处理工艺、金属微观结构与力学性能之间的关系。5由于新工艺不需要保温而是立即淬火然后进行回火，处理后的试样要和传统工艺进行工艺对比，找出力学性能上的差别以及热处理“新工艺”的优点。3研究方法：1. 查阅相干文献领会 40Cr 钢的热处理原理和热处理工艺。2. 拟定40Cr 钢热处理工艺方案，筹备热处理设备，制备金相试样，开始热处理实验。3观察 40Cr 钢热处理前后的显微构造的变化，记录数据并分析。4通过测定 40Cr 钢热处理前后的拉伸性能、硬度、冲击韧性等力学性能，分析每种热处理工艺对材料性能的影响。1.5 本章小结通过查阅以前的资料，总结一些相关的知识，制定热处理工艺流程，通过测定的数据，分析材料组织与性能的关系。
