1、本科毕业论文（20 届）40Cr 钢锻后余热热处理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 钢锻后余热热处理研究 1设计的意义以及目标以所学专业知识为基础，以实用为目的，通过热处理工艺进行分析及相关参数的计算，进一步得出在锻造工艺结束时如何利用 40Cr 钢的终锻温度，在不再进行加热的情况下实施相关热处理的工艺方案。总结出并熟练掌握热处理。2 主要任务1)通过对 40Cr 钢锻造加热规范及
2、40Cr 钢常规热处理加热温度的比较，利用金属学及热处理的相关知识，研究如何利用 40Cr 钢在终锻温度下进行淬火和回火热处理，得出一定的工艺方法。2)设计说明书一本3)电子资料一份3主要参考文献1 潘一凡.锻造余热淬火工艺及应用J.南京林业大学学报，1997,21（4）：2 陈明伟，侯增寿.锻后余热淬火预冷问题的研究J.热加工工艺，19953 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理M.北京：机械工业出版社，2007.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查找相关资料了解研究任务 2014.12.152014.12.302 阅读查找资料制定方案 2014.12.312015.03.103 做一些
3、实验及观察 2015.03.112015.04.204 完成力学性能测定实验分析结果 2015.04.212015.05.155 撰写毕业论文准备答辩 2015.05.162015.06.15审核人： 2014 年 12 月 15 日40Cr 钢锻后余热热处理研究摘要：本文介绍了不同合金元素对钢热处理时的影响、40Cr 钢的基本性质，特性，用途以及 40Cr 钢的热处理和分析，40Cr 钢的金相试样制备及微观观察的分析研究。制定了 40Cr 钢常规热处理淬火和回火工艺方案，锻后余热热处理淬火和回火工艺方案，测算出在不同方案下试样的硬度值，冲击韧性值并且观察了试样的金相组织。通过实验结果研究分析
4、得出结论：利用锻造余热进行热处理对材料内部组织不会产生影响，相比普通热处理，这种工艺可以进一步提高工件的硬度，改善工件的综合力学性能，在一定程度上也减少了工序，充分利用能源起到了环保的作用，在条件允许的情况下可以代替常规热处理工艺。关键词：40Cr；常规热处理；锻后余热热处理；力学性能Analysis of Heat Treatment after Hammering of 40Cr- grade SteelAbstract：The impact of different alloy elements on the heat treatment of steel, as well as the
5、 nature, characteristics and application of 40Cr-grade steel, is introduced in this thesis. And the analysis and heat treatment of 40Cr-grade steel and its metallographic sample-making process and micro-observation research are also employed. Therefore, the hardening and tempering plan of 40Cr-grade
6、 steel and its heat treatment after hammering can be formulated. Then during the application of different plans, we can measure its hardness values and impact values, and observe the metallographic tissue of its sample. And the conclusion is drawn through the analysis of the experiment: during the h
7、eat treatment process, the internal tissue of the material will not be influenced by the waste heat. Comparing to the ordinary heat treatment, this technology can further level up the hardness of the product, improve its mechanical performance and reduce the steps in a certain degree. The technology
8、 is also environmental-friendly thanks to its full use of energy, which can replace the ordinary heat treatment technology if possible.Keywords: 40Cr; ordinary heat treatment; heat treatment after hammering; mechanical performan目录1 前言 .12 不同元素对钢性能的影响 .22.1 碳（C）的影响 .22.2 铬（Cr）的影响 .32.3 硅（Si）的影响 .32.4
9、 镍（Ni）的影响 .32.5 锰（Mn）的影响 .42.6 铜（Cu）的影响 .42.7 硫（S）的影响 .43 钢的常规热处理概况 .53.1 退火与正火 .53.2 淬火与回火 .54 40Cr 钢的介绍 .74.1 40Cr 钢的特性 .74.2 40Cr 钢的用途 .74.3 40Cr 钢的锻造 .75 40Cr 钢的热处理工艺 .95.1 实验材料 .95.2 40Cr 钢常规热处理实验过程 .95.2.1 实验方法 .95.2.2 实验目的 .95.2.3 实验器材 .105.2.4 实验步骤 .105.3 40Cr 钢锻后余热热处理实验过程 .105.3.1 实验方法 .105
10、.3.2 实验方案 .105.3.3 实验目的 .115.3.4 实验器材 .115.3.5 实验步骤 .115.4 40Cr 钢金相显微试样的制备 .115.4.1 实验目的 .115.4.2 实验器材 .125.4.3 实验原理 .125.5 金相显微镜的构造，原理和使用方法 .155.5.1 实验目的 .155.5.2 实验器材 .165.5.3 实验原理 .165.5.4 实验步骤 .175.6 硬度实验 .185.6.1 基本概述 .185.6.2 实验目的 .195.6.3 实验仪器 .195.6.4 实验原理 .195.6.5 实验注意事项 .205.6.6 实验结果 .215.
11、7 冲击韧性试验 .215.7.1 实验目的 .215.7.2 实验仪器 .215.7.3 实验原理 .225.7.4 实验步骤 .225.7.5 计算冲击韧性值 ak .235.7.6 实验结果 .236 组织性能分析 .237 结论 .25参考文献 .26致谢词 .2711 前言随着人类科学技术的发展和工业技术的进步，面对世界能源日趋枯竭，世界环境越来越严峻的压力，当今社会的发展更多要求的是对能源的充分利用和新能源的开发，因此低能耗、低污染的的工业方式显得尤为重要，而本文针对锻后余热热处理工艺方面进行了简单的研究分析。众所周知热处理技术工艺的先进程度和使用水平的高低是衡量一个国家工业技术水
12、平的重要指标，先进的和正确的热处理工艺技术，不仅可以充分发挥材料的特性而且也可以起到节能高效的作用。随着现代科学技术的进一步发展，热处理工艺技术也有了飞速提高，如粒子束热处理，离子热处理，锻后余热热处理，各种复合热处理等，各种先进的热处理技术大大提高了金属材料的力学性能和使用寿命 1。工业技术发达的国家从上世纪 60 年代就开始研究锻造余热热处理工艺技术，因为这种热处理方法不但节能效果显著，而且还可以提高产品的力学性能，一定成都市减少工序环节，缩短产品生产周期等优点引起了各国的重视，到上世纪 80 年代就得到了广泛的应用 1。随着我们国家设备、动力、工艺技术、机器零部件等工业的发展，现在对锻后
13、余热热处理的应用也引起了更多的关注和争论，并且在某些方面取得了一定的成果，但是很多方面也存在着不足，比如该工艺方法生产的产品可能会改变内部组织结构晶粒的大小，另一方面余热热处理后钢的组织可能会和常规热处理工艺存在差异等 2。为了更好的理解和掌握热处理工艺方法以及响应低碳环保的工业方式，本文重点研究的是 40Cr 钢锻后余热热处理工艺。本文的书写按照 40Cr 钢的常规热处理实验、余热热处理实验及金相实验真实数据编写，参照金属学与热处理 ， 热处理手册等书，重点针对 40Cr 钢的常规热处理及余热热处理（淬火，回火）实验和 40Cr 钢的磨片实验，微观组织观察照相研究分析得出实验结论。本文重点介
14、绍不同合金元素对钢性能的影响、钢的热处理工艺、40C 钢的基本性质、40Cr 钢的常规热处理工艺及分析、40Cr 钢的余热热处理工艺及分析、40Cr 钢的金相试样制备及微观观察的分析研究。22 不同元素对钢性能的影响在现代工业的生产过程中，含合金元素的钢材料已经被广泛应用，这是因为它们不但有较好的物理、化学性质，更重要的是会使钢材料的机械性能也大为改善，尤其是强度、韧度等方面有显著的提高，它们具有优越的热处理性能;同时，经过热处理能使材料十分显著的改善和加强它们的机械性能。我们实验研究的试样为 40Cr 钢，其化学成分（见下表 1-1）各个元素在热处理时的影响分述如下：40Cr 钢的化学成分（
15、GB/T3077-1999）w/C Si Mn Cr S P Ni Cu0.370.450.170.370.500.800.801.100.030 0.030 0.25 0.030表 1-1 40Cr 钢的化学成分2.1 碳（C）的影响通过研究铁碳平衡图可以发现，随着含碳量的增加，钢的基本组织会变的3不一样，而且在随着加热温度的升高，组织转变的温度也变的不同。举例说明：纯铁在加热时随着温度的升高，仅仅发生的是晶格的变化即同素异形的转变，所以在热处理过程中它的机械性能几乎不发生什么变化。但是随着含碳量的增加，热处理将会发生显著的作用，比如含碳量在 0.0218 0.77 的亚共析钢，经过淬火工艺
16、后强度、硬度都会有显著的提升。另有一方面含碳量的多少也确定了材料的热处理工艺，比如亚共析钢随着含碳量的提高，它的 A3 温度逐步降低，因而退火、正火、淬火的加热温度也都会随着降低;而含碳量在 0.77 2.11 的过共析钢的正火温度随着含碳量的提高而升高，它们的淬火温度都是在 Ac1 以上 30-50，而且随着材料中含碳量的增加，淬透性能也会提高，工件淬火后引起的变形也会变的越大，增加了淬火时的难度；含碳量的高度也会决定钢的冷脆性和时效敏感性。2.2 铬（Cr）的影响铬为中等碳化物的形成元素，它能显著提高钢的淬透性，且有二次硬化作用，也可以增加钢的耐磨性，含量超过 12 时，使钢具有良好的高温
17、抵抗氧气同化的性能和耐氧化性介质腐蚀作用，提高钢的热强性，但含量如果过高会产生脆性。它会降低钢的临界冷却速度，阻止材料内部组织结构晶粒的长大。2.3 硅（Si）的影响Si 常用的脱氧剂，有固溶强化作用，能提高 Ac1 和 Ac3 点，从而使热处理过程中的退火、正火、淬火的加热温度升高，含量较高时会降低材料的焊接性，而且容易导致冷脆性，降低临界冷却速度，增加钢的淬透性，中碳钢和高碳钢在回火时容易产生石墨化，可以增加钢的回火脆性和过热与脱碳的敏感性。2.4 镍（Ni）的影响Ni 能提高塑性和韧性，对于提高低温韧性更加明显，能降低钢的 Ac1 和Ac3 点，从而使热处理时的退火、正好、淬火的加热温度
18、降低。另一方面提高热强性能，改善材料的耐腐蚀性能，降低钢的临界冷却速度，对钢的淬透性有4不明显的提升，但是对于材料内部组织结构也就是晶粒长大的影响不是很明显。2.5 锰（Mn）的影响Mn 的脱氧效果和脱硫效果较好，它降低了钢的临界点温度而使得钢在热处理时的温度有所降低，增加了奥氏体冷却时的过冷度，细化了材料内部的某些组织从而改善了材料的力学性能，同时还在一定程度上增加了材料的淬透性，也可以减少钢在淬火时发生的变形和增加钢的硬度和强度，但会有一定回火脆性的不利倾向 6。2.6 铜（Cu）的影响Cu 含量较高时，对热变形加工不利，另一方面使材料的 Ac3 下降，从而使得材料在热处理的加热温度会有一定的降低。2.7 硫（S）的影响S 在一般情况下属于有害元素，它会使材料产生热脆现象，恶化材料的质量，降低材料的韧性和延展性。S 对焊接性能会产生不好的影响，降低材料的耐腐蚀性。所以，一般情况下材料中要求 S 的含量要小于 0.055，优质钢要小于 0.040。
