综合实验报告

1、. 专业综合实践报告学院：材料科学与工程学院专业：金属材料科学与工程学号：18姓名：汪逸飞指导老师：黄维刚冯庆芬朱达川实验时间：.班级：金材班组员：朱亮周思吟黄青青成萍赵大炜汪逸飞王宝岳潘兴二一六年一月1 前言 经过大三一学年的专业知识的学习，使我们对专业知识有了更进一步的的认识。本学期通过综合实验的训练，使得我们对专业有了进一步感观上的认识，从实验工艺的制定到实验的实施再到最后数据结果的整理与分析，培养了我们积极动手的能力。 本次实验主要包括40Cr，W18Cr4V，Q235实验热处理工艺的制定，拉伸试验与冲击实验，力学性能的测定，以及端淬实验。2 热处理工艺（一）40Cr1. 简介40Cr

2、钢是淬透性良好的合金调质钢，调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。其中C%=0.37%0.44%，Cr%=0.8%1.1%，Ac1为743，Ar1为693，Ac3为782，Ar3为730，Ms为355，Acm=780。正火温度850870，硬度179229HBS。对40Cr钢的热处理有四种：、正火、淬火+低温回火、淬火+中温回火、淬火+高温回火。2.热处理工艺2.1正火 加热至90010，保温20分钟，空冷。2.2淬火 加热至85010，保温20分钟，油冷。2.3不同温度回火2.3.1淬火低温回火：加热至20010保温1小时，空冷。2.3.2淬火中温回火：加热至

3、45010保温1小时，空冷。2.3.3淬火高温回火：加热至60010保温1小时，水冷。（二）W18Cr4V1简介 W18Cr4V即常见的钨系高速钢，属于莱氏体钢，是高速钢应用最长久的一种。和其它高速钢一样，常被称为“白钢”、“锋钢”或“风钢”（空冷即可淬火）。其化学成分为：含碳量0.70.8%，含钨量17.519%，含铬量3.804.4%，含钒量1.01.4%，含硅量小于0.4%，含锰量小于0.4%，含钼量小于0.3%。可见合金含量高，淬透性好，过冷奥氏体稳定性好，热处理工艺复杂。2热处理工艺先预热，预热温度850，保温时间系数10min；淬火温度1250，保温时间系数为8min，然后油冷。测

4、定其洛氏硬度，若 HRC63，表示淬火合格，否则需重新淬火，合格则观察所得样品的金相组织，并采集金相照片。然后进行下一步回火工艺，将8个试样分成8组，分别于 100、200、300、400、500、550、600、7008个温度下进行回火，保温 60 分钟，接着空冷至室温。最后再测定其硬度（其中对每一个试样采集 3 个样本点）。（三）Q2351.简介 Q235为普通碳素结构钢。Q代表的是这种材质的屈服，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235Mpa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。 Q235A，Q235B，Q235C，Q235D，这是等级的区分，所代表的，主要是冲击的温度有

5、所不同而已。Q235是碳素结构钢,一般称普碳钢，一般是不热处理的，Q235 截面不大时，可以进行淬火低温回火处理。可以用于制作直径不太大的4.8级螺栓等。另外进行渗碳淬火等表面处理也是可以的。2，热处理工艺2.1正火：加热到90010，保温时间20min，空冷。 2.2.1淬火：加热至85010，保温20 min，油冷。2.2.2低温回火：加热至200，保温1小时，空冷。（4） 端淬热处理工艺 850加热保温40min然后水冷。水冷方式：将试样的一端用水进行水冷。然后再用硬度机每间隔1.5mm测定其硬度。三.力学性能的测定及分析（一）硬度实验1.40Cr1.1不同热处理后通过实验数据整理可得不

6、同热处理状态下40Cr的硬度热处理工艺硬度/HRC平均值/HRC试样1试样2试样3正火16141214淬火+低回47434846淬火+中回37363837淬火+高回22222122数据分析：（1）正火比回火的硬度要低，因为存在马氏体相变强化。（2 ）此数据并未区别“U”型和“V”型缺口，因为局部缺口并不影响材料的硬度。（3）而在淬火中，淬火加低温回火得到的组织是回火马氏体，硬度高塑韧性低；淬火加中温回火得到的组织是回火托氏体和回火索氏体，硬度和塑韧性适中；淬火加高温回火得到的组织是回火索氏体，硬度低塑韧性好，故得到以上曲线。1.2 40Cr不同温度下回火后硬度40Cr不同温度回火后硬度变化温度

7、/100200300400500600700硬度/HRC78554135272422数据分析：40Cr随着所采用的热处理回火温度的升高，其硬度越来越低。是因为随着温度的升高，回火组织产生回火马氏体回火索氏体+回火托氏体回火索氏体的转变。而索氏体硬度很低，马氏体硬度较高，故随着40cr回火温度的升高，回火后组织的硬度越来越低。2.W18Cr4VW18Cr4V不同温度回火后硬度变化温度/100200300400500550600700硬度/HRC6665616164656346数据分析：（1）随着回火温度升高，硬度普遍降低，但硬度总体维持在很高的水平，原因是高速钢合金度高，钢中碳主要与铬、钨、钼和

8、钒(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及红硬性。过冷奥氏体稳定性好，以及二次硬化等等导致。（2）300回火与400回火数据变化不明显。出现的原因如下：、回火热处理工艺不当，温度未严格控制，导致温度偏高；、未将表面氧化皮打掉，所以出现反常；、随机误差。（3）550-570出现二次硬化。一是合金马氏体在高温回火时合金碳化物的脱溶，引起马氏体回火二次硬化；二是残留奥氏体的二次淬火，消除大量的残余奥氏体，即回火后冷却时转变为马氏体。钢的二次硬化能力实际上仅取决于合金马氏体二次硬化的过程：析出物的本质和数量，而与残留奥氏体二次淬火无关。（二）拉伸试验本试验在室温下（18满足1035的要求

9、）分别进行退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的低碳钢试样的拉伸试验，结合拉伸曲线，观察拉伸过程中弹性变形、塑性变形等各阶段的实验现象。通过比较，分析不同热处理状态下的试样呈现不同强度与塑性性能的原因。热处理后的试样在拉伸试验机上进行拉伸试验，试验机以规定的速率均匀地拉伸试样，试验机可自动绘制出拉伸曲线图。载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象叫做屈服。产生屈服时的应力，称屈服点或称物理屈服强度，用S表示。在试样拉伸到屈服点时，测力指针有明显的抖动，可分出上、下屈服点ReH与Rel，试样断裂时测得拉伸强度Rm，材料的 和可将试验断裂后的试样拼合，测量其伸长和断面缩小而计算出来。取原试样标距是

10、直径的10倍：（：断后伸长率；：断面收缩率）:=（L1-L0）/L0，式中L1为试样拉断后测得的标距长，L0为试样原来的标距。=（AoA1）/Ao ，式中 Ao试样原始横截面积，A1为缩颈处最小面积（A=D2/4）。.40Cr.、的测定mm240Cr正火（900）试样原长L0/cm断后长L1/cm平均Ao/mm2A1/mm2平均11012.310.23100.227378.5434.210.56440.516721012.200.220078,5438.480.510031012.31 0.231078.5441.170.475840Cr中温回火（400）试样原长/cm断后长度/cm平均Ao/

11、mm2A1/mm2平均11010.640.06400.063378.5447.780.39160.398821010.660.066078.5446.570.407031010.600.060078.5447.290.397940Cr高温回火（600）试样原长/cm断后长度/cm平均0.1827Ao/mm2A1/mm2平均11011.760.176078.5435.050.55370.558121011.780.178078.5435.470.548431011.940.194078.5433.590.5723结论：断面收缩率和伸长率是金属塑形的指标，因而可以表征金属塑性的大小。和越大，则金属

12、塑形越好。正因如此，从上表可得出以下结论：（1）40cr经回火后塑性提高，且回火温度越高，塑性越好。（2）40cr正火后的塑性比低温回火好。原因是正火得到是珠光体组织，而低温回火的得到的是回火马氏体。珠光体是片层状的，主要是有铁素体（面新结构）和渗碳体相见排布，而马氏体的体心立方，自然珠光体的塑性比马氏体好，从而出现了上表的现象。ReH.Rel以及Rm的测定40Cr正火（900）试样RmReHRelRp0.216534444294332645434429425364942942643540Cr中温回火（400）试样RmReHRelRp0.2114601140114021460855835314

13、1098598040Cr高温回火（600）试样RmReHRelRp0.2175052552027755555553745515510数据分析：对比40cr600高温回火的应力-应变曲线和40cr900正火的应力-应变曲线，可发现900正火的应力-应变曲线形状与600高温回火的应力-应变曲线大致相同，但600高温回火的40cr组织的抗拉强度比900正火的40cr组织大，且强化阶段与局部塑形变形阶段的抗拉强度都比900正火的40cr组织大。说明40cr材料600高温回火得到的组织比900正火得到的组织塑韧性好。. Q235Q235低温回火（200）试样原长L0/cm断后长L1/cm平均Ao/mm2

14、A1/mm2平均11012.700.27000.276778.5430.000.61800.633921012.890.289078.5426.060.668231012.710.271078.5430.190.6156Q235正火（900）试样原长L0/cm断后长L1/cm平均Ao/mm2A1/mm2平均11012.870.28700.289078.5429.320.62670.631221012.790.279078.5428.270.640131013.010.301078.5429.320.6267结论：断面收缩率和伸长率是金属塑形的指标，因而可以表征金属塑性的大小。和越大，则金属塑形

15、越好。正因如此，从上表可得出以下结论：Q235钢正火塑性跟低温回火相似。原因是Q235的含碳量在0.14-0.22之间属于低碳钢，而低碳钢具有良好的塑性，只存在加工应力影响塑性，加工应力低温回火即可消除，故正火和低温回火的塑性差别不大。ReH.Rel以及Rm的测定Q235正火（900）试样RmReHRelRp0.2139027227127823902852762843390279274278Q235低温回火（200）试样RmReHRelRp0.2141826025726454202642612698419252249252数据分析：对比Q235 900正火应力-应变曲线和Q235 200低温回

16、火应力-应变曲线可发现Q235 900正火应力-应变曲线在各个阶段抗拉强度都比Q235 200低温回火应力-应变曲线大，且Q235 200低温回火应力-应变曲线的屈服阶段不明显。说明Q235 900正火得到的组织塑韧性较好。（三）拉伸断口分析 40Cr 200回火 40Cr 400回火 40Cr 900正火40Cr 淬火+高温回火分析：正火冷却速度较快，但低于临界冷却速度，所以还是析出先共析铁素体和珠光体，但是冷却速度相对退火快，所以生成的珠光体团比退火小，珠光体层片状间距也比退火小。珠光体的力学性能和层片间距很大关系，片间距小，强度高，所以相对于退火态试样，正火试样的屈服强度和抗拉强度值都显

17、得有提升，由于组织为珠光体和铁素体，塑形仍然较好。40Cr钢高温回火温度已经足够高，到达再结晶温度，相铁素体在结晶，由以前马氏体板条形状再结晶为等轴状，弥散细小的渗碳体才是聚集长大，金相组织为回火索氏体。这种热处理方式又称调制处理，得到材料综合力学性能好，强度值和塑性配合较好，强度值相比中温回火继续下降，但是塑性值上升。 Q235 200端口对接 Q235 200断口形貌 Q235 900端口对接 Q235 900断口形貌分析：上图两个Q235端口对接图片的端口都有明显的颈缩现象，是由于Q235是低碳钢，低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性变形，断裂前有明显的颈缩现象，拉

18、断后断口呈凸凹状。而Q235 200的断面与正应力垂直，断口呈亮灰色，断面平齐，无剪切唇，具有明显的脆性断裂特征。而Q235 900断面不平，断口灰暗，断口中间有明显的塑性断裂特征。（4） 冲击实验通过对实验数据的整理，得到下表：40Cr冲击韧性ak实验热处理工艺吸收能JU平均V平均正火808480811612812淬火+低回81016117666淬火+中回10168116555淬火+高回12212111812082918486数据分析：通过对比上图和上表中U型缺口和V型缺口数据可知：（1）U型缺口的吸收能普遍高于V型缺口的吸收能。这是由于V型缺口的缺口底部形状尖，造成工件上的应力集中，因此V

19、型缺口的吸收能较U型缺口的吸收能低。（2）40Cr经过淬火+低温回火和淬火+中温回火后的吸收能较低，可以说明经过淬火和中低温回火后，工件较其它热处理工艺后更脆。（3）40Cr经过淬火+高温回火后的吸收能高于退火和正火的吸收能。四光学金相分析 金相腐蚀原理：对于纯金属，腐蚀很小，但在纯金属中有第二相时，由于电位差，便会在第二相与金属的接触面发生电化学腐蚀，腐蚀出一个坑。在光镜下，没有被腐蚀的，光被完全反射回来，显示为白色，被腐蚀的地方，光就被散射开了，亮度就很小。在视野里就形成衬度。也就是有了黑白。比如珠光体，是铁素体渗碳体片状交互形成，所以其相界面都会被腐蚀，在光镜下基本就成黑色（片很细），片

20、较粗是则看得到黑白相间。 40Cr 900正火 40Cr 200低温回火 40Cr 400中温回火 40Cr 600高温回火分析：正火是加热、保温后在空气中冷却, 其冷却速度比炉冷快, 珠光体转变温度低, 析出的先共析铁素体较少，珠光体数量较多(伪共析)，珠光体片间距较小。因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体细,。正火后组织应为铁素体加珠光体以及可能出现的魏氏组织。对比3张图，分别是低温、中温、高温回火，放大相同的倍数，可以很直观的看出粒状碳化物越来越多。 40Cr钢低温回火：与淬火相似，金相组织很类似，为回火马氏体，只是在回火时过饱和的相固溶体碳原子析出了一些。 40Cr钢中温回火：由于回

21、火温度较高，所以有足够动力使马氏体中c原子能够从过饱和固溶体中析出，生成渗碳体，可以在金相图中观察到明显回火托氏体，为保持马氏体外形的铁素体和弥散分布的极其细小的渗碳体颗粒组成的复相组织。 40Cr钢高温回火：回火温度已经足够高，到达再结晶温度，相铁素体在结晶，由以前马氏体板条形状再结晶为等轴状，弥散细小的渗碳体才是聚集长大，金相组织为回火索氏体。 Q235 200回火 Q235 900 正火 W18Cr4V 100回火 W18Cr4V 200回火 W18Cr4V 300回火 W18Cr4V 400回火 W18Cr4V 500回火 W18Cr4V 550回火 W18Cr4V 600回火 W18Cr4V 700回火分析：W18Cr4V经250回火后组织如图所示，由理论知识可知这是回火马氏体+合金K+少量Ar。高碳钢淬火后得到的隐针马氏体在光学金相显微镜上是看不出来的，要到透射电镜上观察。图中白亮部分为弥散碳化物，因为碳化物结构单一，组织均匀，不易被腐蚀，故对光反射成白色。图中还有回火马氏体（马氏体内有大量孪晶，易被腐蚀从而因散射成黑色，为暗黑色基体）。高速钢的中温回火得到的还是回火马氏体（因为高碳高合金钢残余奥氏体稳定性很高，不喜出大量弥散的碳化物，所以得不到中低碳钢的回火托氏体）。高速钢经600高温回火后得到的仍然是回火马氏体。这一点