不同淬火温度对5cr15mov马氏体不锈钢组织和性能的影响【字数：9849】
摘 要淬火和低温回火是提高不锈钢的强度且不降低使用性能的方法之一。在较高温度下会使得更多的碳溶于奥氏体中，进而在随后的淬火后得到的马氏体中也将含有更多的碳。实验将5Cr15MoV马氏体不锈钢分别在950℃和1150℃下保温10分钟后进行水淬，再将水淬后的样在220℃下保温一小时后空冷。结果表明在1150℃下淬火样品的硬度比在950℃下样品的硬度高，在低温回火后样品的硬度基本保持不变，但脆性和淬火残留应力降低。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2马氏体不锈钢研究现状 2
1.3 实验目的及意义 3
2.实验部分 4
2.1实验内容 4
2.1.1课题目标： 4
2.1.2课题研究内容： 4
2.1.3试样检测项目及方法： 4
2.2实验方法 4
2.3准备实验及注意事项 5
2.4试样处理与检测 6
2.5实验原料及药品 6
2.6实验设备 6
2.8实验过程 7
2.8实验目标 7
3.结果与讨论 8
3.1初态样的硬度及金相图片及分析 8
3.2淬火后两个样品的硬度及金相图片及分析 10
3.2.1 950℃到温入炉，保温10分钟水冷 10
3.2.2 1050℃到温入炉，保温10分钟水冷 12
3.3淬火+220℃回火后两个样品的硬度及金相图片及分析 15
3.4 1050℃淬火+220℃回火样品的电镜检测和能谱检测 20
4.结论 26
参考文献 27
致谢 28
1、绪论
1.1引言
5Cr15MoV是马氏体不锈钢的一种，它与另外两种不锈钢（奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢）不同的是它的碳含量占比较少约为0.5％，，马氏体不锈钢会具有更高的强度，更优越的力学性能和强大的高温稳定性；在一般的弱腐蚀介质中会表现出比另外两种不锈钢更良好的耐腐蚀性能，但在强腐蚀的介质下不如其他两种。马氏体不锈钢凭借着优异的力学和耐腐蚀性能在制造领域有着越来越广泛的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
应用。若需要得到完全的马氏体组织而不会有铁素体或者残余奥氏体产生，综合考虑到经济性兼顾可实施性制定好工艺方案是必不可少的。
金属的热处理工艺的目的是使金属在热处理后达到既定的性能，一般流程是将金属在气体或真空环境里面加热到适当的温度，并保持一段时间后在水，油，空气等介质中冷却，通过热处理的金属会改变金属材料表面或者内部的组织和结构，这种能够控制金属性能的工艺便是热处理工艺[1]。从大的类别上热处理分为整体、表面和化学三大类，这种分类是根据处理的面积大小来定的，除此之外根据加热的温度，加热介质和冷却方式又可以分为若干不同的热处理，不同的热处理处理同一个金属可获得不同的组织，组织的改变使得性能也随之改变[2]。热处理得到的 工件不同于其他的机械加工，经过热处理的工件一般不改变工件形状和化学组成，热处理改变的主要是工件内部的显微组织，经过热处理的组织通常都会得到一些改善，又或者是在表面加入一些新的的元素，这种处理后的工件使用性能将会得到大大改善[3，4]。
退火、正火、淬火和回火称为热处理的基本工艺，这只是很多种分类中的一种，但也是最基本的分类[5]。
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正火 退火 淬火 回火
退火态的属的内部组织接近平衡状态，内应力较少，是淬火工序前的一道工序。[6]操作步骤是将钢样加热到Ac3温度以上适当温度，在炉子里面保温一段时间，样品保温时间的确定并不是随意而定的它需要跟随者钢样的化学成分和工件尺寸的变化而变化，然后在炉中随炉进行冷却。本课题使用的初始试样为退火态中的球化退火态，球化退火多用于共析钢的处理。此时原始试样中的碳化物是颗粒状或是球状的，具有这种组织的材料具有硬度不高，加工性能好，内部组织均匀等特征，退火态的材料是淬火处理前的准备。在球化退火的过程中应注意不可加热过长的时间或是在超出预定温度很多的温度下进行，这样得到的球化组织将会很差。
正火工艺也被叫为常化，与退火工艺的作用大相径庭，但保温温度确是有所差异的，正火的温度选择在A3和Acm线以上，比退火的温度范围选择要小一些，冷却方式只有空冷。马氏体不锈钢含碳量较少正火后的组织应为铁素体和珠光体的混合组织。
淬火工艺是将钢样加热到临界温度以上的一定温度，此时获得的是奥氏体，在保温适当的温度后在淬火介质中以大于临界冷却速度的速度冷却，最后得到马氏体或者贝氏体的热处理工艺。会影响淬透性的因素有很多，淬火温度和临界淬火速度便是其中两个。淬火温度的选择会影响到材料组织的变化情况，也是本课题需要探究的部分。临界淬火速度主要由淬火介质来确定，淬火介质的选择影响到冷却速度的快慢，冷却能力越大，淬火速度越快，淬硬层越深，但同时产生的淬火应力也越大，一般的碳钢的淬火介质为水，以水为淬火介质对于碳钢这种淬透性较差的材料可以获得更完全的马氏体。马氏体是一种硬脆相的组织，所以在淬火后得到的马氏体含量越多则产品的硬度越大，是钢常用的强化方式之一。
钢在经过淬火后虽然获得了较大的硬度，但此时也会产生较大的淬火应力，这对钢的使用性能产生影响。回火工艺正是在钢淬火后消除淬火应力的一种方法，回火的本质其实是过饱和固溶体的分解，与此同时还伴有碳化物的析出等过程。回火工艺一般作为淬火工艺的后续工艺，其是的特点是经过回火的工件与淬火后的工件相比会有较小的应力残留。回火过程是将经过淬火工艺的工件加热到临界温度以下某一温度，保温一段时间后在空气中进行冷却或是随炉冷却。回火按照回火温度的不同可以分为三类，低温回火为中温回火、高温回火，他们的温度区间为150℃~300℃，300℃~500℃和500℃到A1温度三个区间[7]。三种回火温度的不同导致得到的组织和性能也是有差异的， 随着温度的升高，马氏体分解的越是彻底。低温下回火得到的任保持着淬火马氏体的原有组织形貌，仅是在条片内发生结构的细小的变化，此时称为回火马氏体；中温回火后的组织为片状渗碳体和铁素体的结合，此时的铁素体还与淬火后马氏体的形貌特征相同；高温回火时会发生再结晶的过程，淬火后的组织发生改变，马氏体的形貌特征消失，在等轴晶粒周围会均匀分散着长大的碳化物，此时的组织称为回火索氏体[8]。低温和中温得到的组织本质上没有大的区别只是内部微观结构有稍许差异，而高温回火后的组织亚结构已经发生的改变，所以本质上与马氏体是有去别的[9]。回火保温时间一般控制在12小时最佳。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2马氏体不锈钢研究现状 2
1.3 实验目的及意义 3
2.实验部分 4
2.1实验内容 4
2.1.1课题目标： 4
2.1.2课题研究内容： 4
2.1.3试样检测项目及方法： 4
2.2实验方法 4
2.3准备实验及注意事项 5
2.4试样处理与检测 6
2.5实验原料及药品 6
2.6实验设备 6
2.8实验过程 7
2.8实验目标 7
3.结果与讨论 8
3.1初态样的硬度及金相图片及分析 8
3.2淬火后两个样品的硬度及金相图片及分析 10
3.2.1 950℃到温入炉，保温10分钟水冷 10
3.2.2 1050℃到温入炉，保温10分钟水冷 12
3.3淬火+220℃回火后两个样品的硬度及金相图片及分析 15
3.4 1050℃淬火+220℃回火样品的电镜检测和能谱检测 20
4.结论 26
参考文献 27
致谢 28
1、绪论
1.1引言
5Cr15MoV是马氏体不锈钢的一种，它与另外两种不锈钢（奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢）不同的是它的碳含量占比较少约为0.5％，，马氏体不锈钢会具有更高的强度，更优越的力学性能和强大的高温稳定性；在一般的弱腐蚀介质中会表现出比另外两种不锈钢更良好的耐腐蚀性能，但在强腐蚀的介质下不如其他两种。马氏体不锈钢凭借着优异的力学和耐腐蚀性能在制造领域有着越来越广泛的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
应用。若需要得到完全的马氏体组织而不会有铁素体或者残余奥氏体产生，综合考虑到经济性兼顾可实施性制定好工艺方案是必不可少的。
金属的热处理工艺的目的是使金属在热处理后达到既定的性能，一般流程是将金属在气体或真空环境里面加热到适当的温度，并保持一段时间后在水，油，空气等介质中冷却，通过热处理的金属会改变金属材料表面或者内部的组织和结构，这种能够控制金属性能的工艺便是热处理工艺[1]。从大的类别上热处理分为整体、表面和化学三大类，这种分类是根据处理的面积大小来定的，除此之外根据加热的温度，加热介质和冷却方式又可以分为若干不同的热处理，不同的热处理处理同一个金属可获得不同的组织，组织的改变使得性能也随之改变[2]。热处理得到的 工件不同于其他的机械加工，经过热处理的工件一般不改变工件形状和化学组成，热处理改变的主要是工件内部的显微组织，经过热处理的组织通常都会得到一些改善，又或者是在表面加入一些新的的元素，这种处理后的工件使用性能将会得到大大改善[3，4]。
退火、正火、淬火和回火称为热处理的基本工艺，这只是很多种分类中的一种，但也是最基本的分类[5]。
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正火 退火 淬火 回火
退火态的属的内部组织接近平衡状态，内应力较少，是淬火工序前的一道工序。[6]操作步骤是将钢样加热到Ac3温度以上适当温度，在炉子里面保温一段时间，样品保温时间的确定并不是随意而定的它需要跟随者钢样的化学成分和工件尺寸的变化而变化，然后在炉中随炉进行冷却。本课题使用的初始试样为退火态中的球化退火态，球化退火多用于共析钢的处理。此时原始试样中的碳化物是颗粒状或是球状的，具有这种组织的材料具有硬度不高，加工性能好，内部组织均匀等特征，退火态的材料是淬火处理前的准备。在球化退火的过程中应注意不可加热过长的时间或是在超出预定温度很多的温度下进行，这样得到的球化组织将会很差。
正火工艺也被叫为常化，与退火工艺的作用大相径庭，但保温温度确是有所差异的，正火的温度选择在A3和Acm线以上，比退火的温度范围选择要小一些，冷却方式只有空冷。马氏体不锈钢含碳量较少正火后的组织应为铁素体和珠光体的混合组织。
淬火工艺是将钢样加热到临界温度以上的一定温度，此时获得的是奥氏体，在保温适当的温度后在淬火介质中以大于临界冷却速度的速度冷却，最后得到马氏体或者贝氏体的热处理工艺。会影响淬透性的因素有很多，淬火温度和临界淬火速度便是其中两个。淬火温度的选择会影响到材料组织的变化情况，也是本课题需要探究的部分。临界淬火速度主要由淬火介质来确定，淬火介质的选择影响到冷却速度的快慢，冷却能力越大，淬火速度越快，淬硬层越深，但同时产生的淬火应力也越大，一般的碳钢的淬火介质为水，以水为淬火介质对于碳钢这种淬透性较差的材料可以获得更完全的马氏体。马氏体是一种硬脆相的组织，所以在淬火后得到的马氏体含量越多则产品的硬度越大，是钢常用的强化方式之一。
钢在经过淬火后虽然获得了较大的硬度，但此时也会产生较大的淬火应力，这对钢的使用性能产生影响。回火工艺正是在钢淬火后消除淬火应力的一种方法，回火的本质其实是过饱和固溶体的分解，与此同时还伴有碳化物的析出等过程。回火工艺一般作为淬火工艺的后续工艺，其是的特点是经过回火的工件与淬火后的工件相比会有较小的应力残留。回火过程是将经过淬火工艺的工件加热到临界温度以下某一温度，保温一段时间后在空气中进行冷却或是随炉冷却。回火按照回火温度的不同可以分为三类，低温回火为中温回火、高温回火，他们的温度区间为150℃~300℃，300℃~500℃和500℃到A1温度三个区间[7]。三种回火温度的不同导致得到的组织和性能也是有差异的， 随着温度的升高，马氏体分解的越是彻底。低温下回火得到的任保持着淬火马氏体的原有组织形貌，仅是在条片内发生结构的细小的变化，此时称为回火马氏体；中温回火后的组织为片状渗碳体和铁素体的结合，此时的铁素体还与淬火后马氏体的形貌特征相同；高温回火时会发生再结晶的过程，淬火后的组织发生改变，马氏体的形貌特征消失，在等轴晶粒周围会均匀分散着长大的碳化物，此时的组织称为回火索氏体[8]。低温和中温得到的组织本质上没有大的区别只是内部微观结构有稍许差异，而高温回火后的组织亚结构已经发生的改变，所以本质上与马氏体是有去别的[9]。回火保温时间一般控制在12小时最佳。
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