淬火+高温回火工艺对30cr13马氏体不锈钢组织和性能的影响【字数：11687】
30Cr13型马氏体不锈钢在经过淬火和回火工艺处理之后，具有良好的耐腐蚀性和抛光性，并且有较高的强度和耐磨性，但通常塑韧性较差。本文以30Cr13马氏体不锈钢为研究对象，针对它的这些特性，开展淬火+高温回火实验，以不同的回火温度为工艺参数。使用金相显微镜、维氏硬度计、扫描电镜分析和能谱仪测量等分析测试方法，研究不同的高温回火温度对30Cr13钢组织和性能的影响规律。实验里的原始样品是经退火后的样品，其显微组织是铁素体和细小碳化物。30Cr13钢经1020℃保温十分钟水冷后，维氏硬度显著增大，此时显微组织为马氏体+残余奥氏体。淬火后的样品分组进行500℃高温回火和580℃高温回火。经高温回火后，显微组织为回火索氏体，维氏硬度变小。相比500℃回火，580℃回火后的样品，其维氏硬度变化更大，数值更小。
目录
1.绪论 1
1.1不锈钢概述 1
1.1.1不锈钢简介 1
1.1.2不锈钢的分类 1
1.1.3不锈钢的特性和用途 1
1.2马氏体不锈钢概述 2
1.2.1马氏体不锈钢的简介 2
1.2.2马氏体不锈钢的分类 2
1.3淬火、回火、退火、正火热处理工艺 3
1.3.1四种热处理工艺的简介 3
1.3.2四种热处理工艺及其获得组织的比较 5
1.4课题的研究目的和意义 6
2.实验部分 8
2.1实验材料 8
2.2实验目的和意义 8
2.2.1实验原理 8
2.2.2实验意义 8
2.3实验药品和原料 9
2.3.1制备马氏体腐蚀溶液 9
2.3.2实验原料 9
2.4实验设备 9
2.5实验步骤 9
2.5.1金相的制备 9
2.5.2维氏硬度的测量 10
2.5.3淬火+高温回火热处理工艺 10
2.5.4扫描电镜和能谱仪分析 10
3.实验结果与分析 12
3.1实验钢30Cr13原始组织及性能 12
3.1.1原始态样品的金相组织 12
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/> 3.1.2原始态样品的维氏硬度 13
3.1.3小结 13
3.2淬火热处理工艺对金相组织及性能的影响 13
3.2.1淬火热处理工艺对金相组织的影响 13
3.2.2淬火热处理工艺对性能的影响 14
3.2.3小结 16
3.3不同高温回火温度对淬火钢组织和性能的影响 16
3.3.1回火温度500℃对淬火钢组织和性能的影响 16
3.3.2回火温度580℃对淬火钢组织和性能的影响 23
3.3.3小结 26
4.结论 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1不锈钢概述
1.1.1不锈钢简介
我们日常生活中所理解的不锈钢，其实是狭义的不锈钢，是指在空气、水这些生活中常见的弱腐蚀介质中保持“不锈”的钢种。而广义的不锈钢除了在这些弱腐蚀介质中，还包括在酸、碱、盐等化学腐蚀介质中，仍具有化学稳定性，所以不锈钢又称为不锈耐酸钢[1]。不锈钢中含有碳、铁、铬、锰、硅等元素。其中铬是不锈钢的主要合金元素之一，因为钢的耐蚀性要求铬含量达到一定的值，所以不锈钢的铬含量一般不低于10.5%。但是，不锈钢中除了铁元素，其他合金元素的含量总计不能超过50%[2]。另一个影响钢材耐蚀性的元素是碳。因为碳含量越大，不锈钢的耐蚀性越小，所以不锈钢的含碳量都比较低，一般情况下不超过1.2%，00Cr12型不锈钢的碳含量甚至低于0.03%。
1.1.2不锈钢的分类
不锈钢最常见的分类方式，是按不锈钢组织状态的不同，可以分为：铁素体钢、马氏体钢、奥氏体钢、双相不锈钢等[3]。①铁素体不锈钢含15%~30%铬，因为铬含量高，所以耐蚀性和抗氧化性都较高。但缺点是它的机械性能较差，不能用于受力大的工作环境。②马氏体不锈钢的碳含量较高，所以强度和硬度高，耐磨性好，但耐腐蚀性能较差。③奥氏体不锈钢含大于18%的铬，8%镍。它的塑性、耐腐蚀性都较好，可用于制造耐酸的设备。因为还有大量的镍和铬，所以这类钢在常温下为奥氏体状态。④双相不锈钢兼具奥氏体和铁素体不锈钢的优点，它具有超塑性，塑性和耐腐蚀性能较高。
1.1.3不锈钢的特性和用途
（1）不锈钢的主要特性包括焊接性、耐腐蚀性、抛光性能和耐热性能。①具有焊接性，使不锈钢的应用更加广泛，人们可以根据需求的不同，通过焊接工艺改造不锈钢。除了用于制造在腐蚀环境中工作的工业零件，在日常生活中，也是制造餐具、支架的主要材料。焊接性为这些用途提供了可行性。②不锈钢的铬含量一般不低于10.5%，使不锈钢具有优良的耐腐蚀性能。是因为钢中的铬原子数量高于12.5%时，钢的电子电位便会发生变化，负电位会升到正电位，从而阻止电化学腐蚀[4]。③不锈钢产品中只有热水器等少数产品不需要经过抛光处理，大多数不锈钢都要经过抛光处理。所以不锈钢的抛光性能对产品的优劣有着决定性的影响。④不锈钢具有耐热性。在奥氏体不锈钢中，碳元素可以通过固溶强化，显著提高其强度，是很重要的一种间隙元素。另外一方面，碳含量增加时钢的耐蚀性会减弱。且在热处理过程中，不锈钢表面碳含量高，会导致铬的碳化物析出。所以碳常常又被看做有害元素。掌控含碳量的多少，对不锈钢保持优良的机械性能和耐腐蚀性能都尤为重要。
（2）不锈钢在当今社会中的应用十分广泛。在建筑领域，不锈钢的应用可以增强建筑结构的完整性，以及常年保持建筑物的外貌美观。商场和高层住宅中，电梯装饰板的常用材料也是不锈钢，即能保持整洁的外观，而且相比其他材料，使用寿命更长。不锈钢在食品加工、餐具、医疗器械等领域十分受欢迎，因为这些领域对环境卫生的要求高，物品需要时常清洗，并且会使用化学清洗剂。不锈钢不仅方便清洗，而且本身表面不易滋生细菌。在一些公共场合，不锈钢表面即使被乱写乱画，也能清洗掉，不会留下痕迹。
1.2马氏体不锈钢概述
1.2.1马氏体不锈钢的简介
马氏体不锈钢是一类可硬化的不锈钢，其典型牌号为Cr13型，如本文的研究对象30Cr13。在室温下，其组织以马氏体为主，可以通过热处理对其性能进行调整[5]。马氏体不锈钢在淬火处理之后硬度较高，并且不同的回火温度会导致不同的强韧性组合，本文就是以不同的高温回火温度为变量，进行实验。一般马氏体不锈钢的铬含量范围是11.5%~18%，使其具有良好的耐腐蚀性能。而铬含量高的不锈钢，需要更多的碳元素，才能在热处理过程中保证马氏体的形成。马氏体不锈钢中还含有镍、钼、钒等元素，这些元素的增加都会导致碳含量的增加。当时碳含量增加，会导致不锈钢耐腐蚀性能的减弱，也会影响其力学性能。马氏体不锈钢主要应用于制造医疗机械、餐具、蒸气涡轮的叶片、工业阀门等，并且在性能不断被提高的情况下，如今也逐渐被运用到航空航天等高端领域。
目录
1.绪论 1
1.1不锈钢概述 1
1.1.1不锈钢简介 1
1.1.2不锈钢的分类 1
1.1.3不锈钢的特性和用途 1
1.2马氏体不锈钢概述 2
1.2.1马氏体不锈钢的简介 2
1.2.2马氏体不锈钢的分类 2
1.3淬火、回火、退火、正火热处理工艺 3
1.3.1四种热处理工艺的简介 3
1.3.2四种热处理工艺及其获得组织的比较 5
1.4课题的研究目的和意义 6
2.实验部分 8
2.1实验材料 8
2.2实验目的和意义 8
2.2.1实验原理 8
2.2.2实验意义 8
2.3实验药品和原料 9
2.3.1制备马氏体腐蚀溶液 9
2.3.2实验原料 9
2.4实验设备 9
2.5实验步骤 9
2.5.1金相的制备 9
2.5.2维氏硬度的测量 10
2.5.3淬火+高温回火热处理工艺 10
2.5.4扫描电镜和能谱仪分析 10
3.实验结果与分析 12
3.1实验钢30Cr13原始组织及性能 12
3.1.1原始态样品的金相组织 12
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/> 3.1.2原始态样品的维氏硬度 13
3.1.3小结 13
3.2淬火热处理工艺对金相组织及性能的影响 13
3.2.1淬火热处理工艺对金相组织的影响 13
3.2.2淬火热处理工艺对性能的影响 14
3.2.3小结 16
3.3不同高温回火温度对淬火钢组织和性能的影响 16
3.3.1回火温度500℃对淬火钢组织和性能的影响 16
3.3.2回火温度580℃对淬火钢组织和性能的影响 23
3.3.3小结 26
4.结论 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1不锈钢概述
1.1.1不锈钢简介
我们日常生活中所理解的不锈钢，其实是狭义的不锈钢，是指在空气、水这些生活中常见的弱腐蚀介质中保持“不锈”的钢种。而广义的不锈钢除了在这些弱腐蚀介质中，还包括在酸、碱、盐等化学腐蚀介质中，仍具有化学稳定性，所以不锈钢又称为不锈耐酸钢[1]。不锈钢中含有碳、铁、铬、锰、硅等元素。其中铬是不锈钢的主要合金元素之一，因为钢的耐蚀性要求铬含量达到一定的值，所以不锈钢的铬含量一般不低于10.5%。但是，不锈钢中除了铁元素，其他合金元素的含量总计不能超过50%[2]。另一个影响钢材耐蚀性的元素是碳。因为碳含量越大，不锈钢的耐蚀性越小，所以不锈钢的含碳量都比较低，一般情况下不超过1.2%，00Cr12型不锈钢的碳含量甚至低于0.03%。
1.1.2不锈钢的分类
不锈钢最常见的分类方式，是按不锈钢组织状态的不同，可以分为：铁素体钢、马氏体钢、奥氏体钢、双相不锈钢等[3]。①铁素体不锈钢含15%~30%铬，因为铬含量高，所以耐蚀性和抗氧化性都较高。但缺点是它的机械性能较差，不能用于受力大的工作环境。②马氏体不锈钢的碳含量较高，所以强度和硬度高，耐磨性好，但耐腐蚀性能较差。③奥氏体不锈钢含大于18%的铬，8%镍。它的塑性、耐腐蚀性都较好，可用于制造耐酸的设备。因为还有大量的镍和铬，所以这类钢在常温下为奥氏体状态。④双相不锈钢兼具奥氏体和铁素体不锈钢的优点，它具有超塑性，塑性和耐腐蚀性能较高。
1.1.3不锈钢的特性和用途
（1）不锈钢的主要特性包括焊接性、耐腐蚀性、抛光性能和耐热性能。①具有焊接性，使不锈钢的应用更加广泛，人们可以根据需求的不同，通过焊接工艺改造不锈钢。除了用于制造在腐蚀环境中工作的工业零件，在日常生活中，也是制造餐具、支架的主要材料。焊接性为这些用途提供了可行性。②不锈钢的铬含量一般不低于10.5%，使不锈钢具有优良的耐腐蚀性能。是因为钢中的铬原子数量高于12.5%时，钢的电子电位便会发生变化，负电位会升到正电位，从而阻止电化学腐蚀[4]。③不锈钢产品中只有热水器等少数产品不需要经过抛光处理，大多数不锈钢都要经过抛光处理。所以不锈钢的抛光性能对产品的优劣有着决定性的影响。④不锈钢具有耐热性。在奥氏体不锈钢中，碳元素可以通过固溶强化，显著提高其强度，是很重要的一种间隙元素。另外一方面，碳含量增加时钢的耐蚀性会减弱。且在热处理过程中，不锈钢表面碳含量高，会导致铬的碳化物析出。所以碳常常又被看做有害元素。掌控含碳量的多少，对不锈钢保持优良的机械性能和耐腐蚀性能都尤为重要。
（2）不锈钢在当今社会中的应用十分广泛。在建筑领域，不锈钢的应用可以增强建筑结构的完整性，以及常年保持建筑物的外貌美观。商场和高层住宅中，电梯装饰板的常用材料也是不锈钢，即能保持整洁的外观，而且相比其他材料，使用寿命更长。不锈钢在食品加工、餐具、医疗器械等领域十分受欢迎，因为这些领域对环境卫生的要求高，物品需要时常清洗，并且会使用化学清洗剂。不锈钢不仅方便清洗，而且本身表面不易滋生细菌。在一些公共场合，不锈钢表面即使被乱写乱画，也能清洗掉，不会留下痕迹。
1.2马氏体不锈钢概述
1.2.1马氏体不锈钢的简介
马氏体不锈钢是一类可硬化的不锈钢，其典型牌号为Cr13型，如本文的研究对象30Cr13。在室温下，其组织以马氏体为主，可以通过热处理对其性能进行调整[5]。马氏体不锈钢在淬火处理之后硬度较高，并且不同的回火温度会导致不同的强韧性组合，本文就是以不同的高温回火温度为变量，进行实验。一般马氏体不锈钢的铬含量范围是11.5%~18%，使其具有良好的耐腐蚀性能。而铬含量高的不锈钢，需要更多的碳元素，才能在热处理过程中保证马氏体的形成。马氏体不锈钢中还含有镍、钼、钒等元素，这些元素的增加都会导致碳含量的增加。当时碳含量增加，会导致不锈钢耐腐蚀性能的减弱，也会影响其力学性能。马氏体不锈钢主要应用于制造医疗机械、餐具、蒸气涡轮的叶片、工业阀门等，并且在性能不断被提高的情况下，如今也逐渐被运用到航空航天等高端领域。
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