1、本科毕业论文（20 届）T8 钢热处理工艺及组织性能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： T8 钢热处理工艺及组织性能研究 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 T8 钢的概况；熟悉 T8 钢的热处理工艺方法；认识 T8 热处理前后金相组织；找出热处理对 T8 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
2、）制定 T8 钢热处理工艺，进行热处理实验。（2）制备金相试样，观察分析 T8 钢热处理前后的显微组织。（3）测定 T8 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 刘旭麟，高路斯，刘顺华，等.T8 钢淬火热处理组织的计算机模拟研究J. 热加工工艺，2006，35（6）：44-46.2 王英杰，孙国宏. T8 钢最佳预处理工艺的选择J. 热加工工艺，1995，（4）：55-55.3 张玉琴，王谦，
3、王玉琴. 改善碳素工具钢组织性能方法探析J. 河南冶金，2001，（05）：10-104王能为，孙艳. T8 钢形变球化退火工艺J. 南方金属，2009，（166）：23-255 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理M. 北京，机械工业出版社，2007：230-3086 王佳杰，莫淑华，等，工程材料力学性能M.北京：北京大学出版社，2013,37 束德林，等，工程材料力学性能M，机械工业出版社，2003.78 那顺桑，李杰，艾立群，等金属材料力学性能M，冶金工业出版社2011.74进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 广泛阅读文献，制定热处理工艺并学习软件 3 月 3 日3 月 23 日2 完成
4、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： 2015 年 1 月 16 日T8 钢热处理工艺及组织性能研究摘 要：本次实验主要研究热处理工艺对 T8 钢力学性能的影响。通过制定不同热处理工艺方案，分别研究球化退火以及不同的回火温度对 T8 钢力学性能的影响。实验中采用 180、200和 240回火温度作为实验中的变量，观察热处理后 T8 钢显微组织结构和晶粒的粗细程度。另外为了解球化退火对 T8 钢力学性能
5、的影响，试验中加入球化退火的热处理，以探究退火条件下对钢力学性能的提升程度。结果表明：淬火工艺钢的显微组织含有饱和碳的马氏体和奥氏体，因马氏体较多，所以钢硬度较高；低温回火后，其组织结构主要含有细小的回火马氏体，晶粒较细，提高了钢的韧性。关键字：T8 钢，热处理，力学性能，显微组织T8 steel heat treatment process and organizational performance researchAbstract：This experiment studied the microstructures and properties of T8 steel through
6、different heat treatment process. By setting different process of heat treatment scheme, studied on the effect of the different tempering temperatures on the mechanical properties of T8 steel. Experiments with 180 , 200 and 240 tempering temperature as variables in the experiment, observation of T8
7、steel microstructure structure and the degree of thickness of grain after heat treatment. In order to understand the influence of the annealing on the mechanical properties of T8 steel, the heat treatment of the ball is added in order to explore the improvement of the mechanical properties of the st
8、eel under the condition of annealing. Results show that The microstructure of the quenched steel contains a lot of martensite and austenite, which is more and more high, so the hardness of the steel is higher. By low temperature tempering, the microstructure of the structure mainly includes fine tem
9、pered martensite, fine grain size, and the toughness of the steel.Keywords: T8 steel, heat treatment, mechanical properties, microstructureI目录1 前言 11.1 研究的目的和意义 11.2 国内外研究进展 11.3 研究内容 31.4 本章小结 42 实验过程 52.1 热处理工艺制定 52.1.1 热处理工艺基础 52.1.2 热处理工艺过程 62.1.3 T8 钢热处理工艺过程 72.2 试样制备和显微组织观察 82.3 材料力学性能测定 92.3.
10、1 硬度测定实验 92.3.2 材料冲击韧性的测定 112.3.3 材料拉伸试验 142.4 本章小结 153 实验结果与分析 173.1 显微组织观察与分析 173.2 硬度测定结果分析 233.2.1 实验数据 233.2.2 数据分析 233.3 材料冲击韧性分析 243.3.1 实验数据 243.3.2 数据分析 24II3.4 材料拉伸实验结果与分析 253.5 本章小结 294 结 论 31参考文献 32致 谢 3311 前言1.1 研究的目的和意义钢，可以说是现代物质社会的基础。中华人民共和国国家标准 GB/T13304-91钢分类描述：“以铁为主要元素、含碳量一般在 2%以下，
11、并含有其他元素的材料。”严格的说，钢是含碳量在 0.0218%2.11%之间的铁碳合金。为了保证钢铁的塑韧性，含碳量一般不超过 1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢铁材料是工业中应用最广，用量最多的金属，其具有许多品种，力学性能也千差万别。T8 钢的含碳量为 0.75% 0.84%，是一种平均含碳量为 0.8%的高碳钢。含Si： 0.35%； Mn：0.40% ；P:0.035% ；S0.030% ，按冶金质量分类是一种优质钢。按用途分类 T8 钢是一种工具钢。含碳量的高低决定金属的焊接性，T8 钢属于高碳钢，含碳量较高，导热性能较差，引起加热区和未加热区存在的温差较大。
12、当冷却速度过快时，由于存在温差易产生裂缝；其次高碳钢对淬火温度变得更加敏感，临近裂纹区，易产生马氏体组织。由于焊接高温的影响，晶粒长大过快，碳化物易在晶界上集聚，使焊接接头强度变低 1。高碳钢焊接时更容易比中碳钢产生裂纹。目前 T8 钢主要用作需要具有较高硬度和耐磨性的各种工具，如形状简单的刃具、模具，但是韧性低，不易制作承受较大载荷的工具。T8 钢由于含碳量较高，过剩碳化物极多，如果采用的热处理工艺不合适，在服役早期易出现开裂和破碎的现象。通过对 T8 钢热处理的温度、保温时间、冷却介质等因素的研究，以及材料显微组织的观察，测定材料力学性能，从而确定合理的热处理工艺流程。这就极大地防止了失效
13、现象的发生，从而提高设备的使用寿命。1.2 国内外研究进展辽宁科技大学材料与冶金学院，中国科学院金属研究所通过热处理试验，研究了 T8 钢组织和性能随球化退火时间、淬火温度及回火温度的变化。结果表明:T8 钢在 600球化退火 2h 后，原始组织中的碳化物即可获得充分球化，以粒状形式细小均匀地分布在基体中，延长退火时间不显著改变碳化物的球化2效果；试样经(77010)保温，6 min 油淬后，获得的隐晶马氏体组织硬度最高，试样经 180210回火 1 h 空冷后，消除了淬火过程中产生的残余应力，最终获得有球状碳化物均匀分布的隐晶马氏体组织，回火试样硬度较淬火态略有下降 2。内蒙古科技大学材料与
14、冶金学院研究发现:T8 钢中珠光体表面浮凸效应常被作为马氏体或贝氏体相变特征讨论对预先抛光 3mm 厚的 T8 钢试样进行真空热处理，加热到 1050,保温 40min 炉冷。随后分别用 Quanta-400 型环境扫描电镜、Nanofirst-100 扫描隧道显微镜和光学显微镜，对未浸蚀的试样观察分析，接着对试样进行腐蚀，进行金相分析。结果表明片状珠光体存在表面浮凸效应,并且呈“型 3。从而说明表面浮凸是奥氏体向珠光体转变时比容增加，体积膨胀的结果。同时通过对马氏体性和机制的研究，学术界普遍认为马氏体相变机制是切变机制,但与实际基本上不符。从理论分析和实验观察两方面综合论证了切变机制的缺陷指
15、出:(1)表面浮凸是相变体积膨胀所致，不具备切变特征，表明切变机制缺乏实验依据；(2)马氏体相变驱动力不足以克服相变阻力。切变消耗的切变能量太大，达 208320103J/mol 远大于相变驱动力；(3)马氏体相变晶体学形核模型和切变长大模型均难以解释实验现象。并且进一步探讨了新机制，指出马氏体相变是原子集体、协同的、无扩散的热激活跃迁位移，在此过程中马氏体中产生极高的位错密度，与奥氏体保持半共格 4。新的机制符合热力学条件，在晶体学、形态学上都可解释实验现象。早在 1891 年,美国冶金学家发表的专著认为:钢中随着碳含量的增加 ,塑性下降 ,含碳 ()10 %17%的钢拉伸时的伸长率只有 2
16、%3% ,主要原因是过共析钢中随着含碳量的增加 ,脆性的先共析网状碳化物增多增厚的缘故所致。超高碳钢 (Ultrahighcarbonsteels 简称为 UHCS)是指含碳量为1.0% 2.1%的过共析钢,具有高的超塑性和良好的综合力学性能 5。通过深入了解国外超高碳钢的研究成果，超塑性及超塑处理工艺、合金元素的作用、力学性能及层状复合超高碳钢特点，提出了超高碳钢的研究方向,为以后研究提供理论依据。1.3 热处理工艺应用3生产中金属工件具有理想的物理、化学和良好的力学性能，除了选用合理的成型工艺和材料外，热处理往往也具有至关重要的作用。钢铁的显微组织比较复杂，但在机械工业中应用却非常广泛。通
17、过热处理工艺可以对其进行控制，从而满足生产中的需要。热处理的目的是改变钢内部结构，改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，进而延长机器零件的寿命。选择合理的热处理工艺不仅可以强化材料，而且可以挖掘材料性能潜力、降低机构重量、节省能源降低成本 6。材料的热处理一般包括：正火，退火、淬火、回火四部分。而每一种热处理工艺的作用以及应用范围也是不一样的。正火工艺在消除工件生产过程中产生的开裂等过热缺陷的同时，对组织也有细化晶粒的作用，这也提高了材料力学性能。钢的退火工艺根据临界温度的不同，包括不同的类型。临界温度在 Ac1或Ac3以上的退火有扩散退火、均匀化退火、不完全退火、完全退火、
18、球化退火；在临界温度下的工艺包括去应力退火和再结晶退火。T8 钢作为一种共析钢，适合采用球化退火的工艺。通过球化退火降低了钢的硬度，提高了塑性和切削加工性能。碳钢的淬火加热温度一般由铁碳合金相图决定的。由于存在高硬度的渗碳体和马氏体就能保证高的硬度和耐磨性 7。淬火工艺应用最为广泛，其在机械制造业，化学与化工业、航空业都有应用。淬火工艺规范包括（1）淬火加热方式、（2）加热温度、（3）保温时间、(4)冷却介质及冷却方式等 8。确定工件淬火规范的依据主要是通过铁碳合金相图，来确定淬火的温度，其次是根据工件的图纸及技术要求来确定保温时间和冷却方式。只有充分了解工件的性能，才能正确的确定合理的淬火工艺。回火具有稳定组织，消除淬火应力的作用，因此在进行淬火工艺后紧接着需要进行回火工艺，以此来调整钢的硬度、强度和塑韧性。T8 钢由于含碳量较高，并且需要较高的硬度和耐磨性，以此采用的是低温回火工艺。多年来，这一钢种虽然已积累有丰富的生产与应用的经验，但在实际生产中，仍会出现许多使用不当之处，结果没有充分发挥该钢所具有的性能潜力，
