实验三 碳钢的热处理组织 实验四 金相显微试样制备

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐实验三碳钢的热处理组织实验四金相显微试样制备实验三碳钢的热处理及组织、性能分析

一：实验目的

(1)观看和研究碳钢经别同形式热处理后显微组织的特点。

(2)了解热处理工艺对碳钢硬度的妨碍。

二：实验讲明

碳钢经热处理后的组织能够是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也能够是别平衡组织(如淬火组织)。所以在研究热处理后的组织时，别但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢延续冷却的CCT曲线。

图1共析碳钢的c曲线图245钢的CCT曲线

曲线能讲明在别同冷却条件下过冷奥氏体在别同温度范围内发生别同类型的转变过程及能得到哪些组织。

1．碳钢的退火和正火组织

亚共析碳钢(如40、45钢等)普通采纳彻底退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观看(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采纳球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织算是粒状渗碳体。

2．钢的淬火组织

含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。在一具奥氏体晶粒内可有几束别同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。

图3T12钢球化退火组织图4低碳马氏体组织

45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。由于马氏体针很细小，故在显微镜下别易分清。

45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分不转变为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体是由成束平行罗列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状组织，当转变量别多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。

图545钢正常淬火组织图645钢油淬组织图7上贝氏体组织特征下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的组织。由于易受浸蚀，因此在显微镜下呈黑色针状特征，如图8所示。

在观看上、下贝氏体组织时，应注意为显示贝氏体组织形态，试样的处理条件普通是在等温度下保持别长的时刻后即在水中冷却所以只形成部分贝氏体，显微组织中呈白亮色的基体部分为淬火马氏体组织。

含碳质量分数相当于过共析成分的奥氏体淬火后除得到针状马氏体外，还有较多的残余奥氏体。T12碳钢在正常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的球形渗碳体和少量残余奥氏体，如图4．9所示。然而当把此钢加热到较高温度淬火时，显微镜组织中浮现粗大针状马氏体，并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体，如图10所示。

图8下贝氏体组织特征图9T12钢正常淬火组织图10T12钢1000℃油淬组织碳钢回火后的组织

淬火钢经别同温度回火后所得到的组织别同，通常按组织特征分为一下三种。

(1)回火马氏体。淬火钢经低温回火(150~250℃),马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点，这种组织成为回火马氏体。回火马氏体仍保持针状特征，但容易浸蚀，故颜色比淬火马氏体深些，是暗黑色的针状组织，如图11所示。回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性叫淬火马氏体有明显改善。

(2)回火托氏体。淬火钢经中温回火(350~500℃)得到在铁素体基体中弥散分布着弱小状渗碳体的组织，称为回火托氏体。回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状马氏体的形态，渗碳体则呈细小的颗粒状，在光学显微镜下别易分辨清晰，故呈暗黑色，如图12所示。回火托氏体有较好的强度、硬度、韧性和非常好的弹性。

(3)回火索氏体。淬火钢高温回火(500~650℃)得到的组织称为回火索氏体，其特征是差不多聚拢长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上。回火索氏体中的铁素体已别呈针状形态而呈等轴状，如图13所示。回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。

图11回火马氏体组织图12回火托氏体组织图13回火索氏体组织

三：实验内容

典型牌号碳钢经别同热处理后的状态如表1所示

试样号码钢号热处理条件浸蚀剂放大倍数145860℃炉冷(退火)3％硝酸酒精溶液200~450

245860℃空冷(正火)3％硝酸酒精溶液200~450

345860℃加热、油淬3％硝酸酒精溶液450~600

445860℃加热、油淬3％硝酸酒精溶液450~600

四：实验办法指导

(1)领取一套金相试样，在金相显微镜下观看。观看时要依照Fe—Fe3C相图和钢的C曲线来分析确定别同热处理条下各种组织的形成缘故。

2)关于通过别同热处理后的组织，要采纳对照的方式举行分析研究，例如，退火与正火、水淬与油淬、淬火马氏体与回火马氏体等。

(3)画出所观看到的、指定的几种典型显微组织形态特征，并注明组织名称、热处理条件及放大倍数等。

(4)在了解洛氏硬度计的构造及操作办法之后，测定45钢经别同热处理后的硬度，并记录所测得的硬度数据。

五：实验报告要求

(1)写出实验目的。

(2)运用铁碳相图及相应钢种的C曲线，依照具体的热处理条件分析所得组织及特征，并画出所观看试样的显微组织示意图。

(3)列出全部硬度测定数据，分析冷却办法及回火温度对碳钢性能(硬度)的妨碍，画出回火温度同硬度的关系曲线，并阐明硬度变化的缘故。

六：考虑题

(1)45钢淬火后硬度别脚，怎么用金相分析来判定是淬火加热温度别脚依然令却速度别够？

(2)45钢调质处理得道的组织和T12球化退火得到的组织在本质、形态、性能和用途上有何差异？

(3)指出下列工件的淬火及回火温度，并讲明回火后多获得的组织。

①45钢的小轴②60钢的弹簧③T12钢的锉刀

实验四金相显微样品的制备及金相显微镜的使用

一,实验目的

1.掌握金相样品的制备过程和基本办法;

2.了解金相显微镜的基本原理,构造,掌握显微镜的正确使用.

二,实验原理

利用金相显微镜观看金相试样的组织或缺陷的办法称为金相显微分析.它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术,在金属材料研究领域中占有非常重要的地位.

在现代金相显微分析中,使用的要紧仪器有光学显微镜和电子显微镜.这个地方仅对常用的光学金相显微镜作普通介绍.

显微镜的基本原理,构造及使用

1.显微镜的基本原理

最简单的显微镜能够仅由两个透镜组成.图1-1为相显微镜成像的光学原理示意图.图中AB为被观看的物体,对着被观看物体的透镜O1叫物镜;对着人眼的透镜O2叫目镜.物镜使物体AB形成放大的倒立实像A''B'',目镜再将A''B''放大成仍然倒立的虚像A"B".其位置正好在人眼的明视距离约250mm处.在显微镜中所观看的算是那个虚像A"B".

1显微镜的放大倍数

放大倍数由下式确定:

式中:M—显微镜总放大倍数;

M物—物镜的放大倍数;

M目—目镜的放大倍数;

f物—物镜的焦距;

f目—目镜的焦距;

L—显微镜的光学镜筒长度;

D—明视距离250mm.

由上式可知:f物,f目越短或L越长,则显微镜的放大倍数越大.

2物镜的鉴不率

物镜的鉴不率是指物镜能清楚分辨试样两点间最小距离的能力.物镜鉴不率的数学公式为:

式中:d—物镜的鉴不率;

λ—入射光源的波长;

A—物镜的数值孔径,它表示物镜的聚光能力.

由公式可知,波长λ越短,数值孔径A越大,则鉴不能力就越高d越小,在显微镜中就能看到更细微的部分.数值孔径A可由下列公式求出:

式中:η—物镜与物体之间介质的折射率;

φ—物镜孔径角的一半,即经过物镜边缘的光线与物镜轴线所成的角度.

η越大或物镜孔径角越大,则数值孔径越大,由于φ总是小于90,因此在空气介质η=1中使用时,数值孔径A一定小于1,这类物镜称干系物镜.当物镜上面滴有松柏油介质η=1.52时,A值最高可达1.4,这算是显微镜在高倍观看时用的油浸系物镜,每个物镜都有一具设计额定的A值,刻在物镜体上.

3显微镜的有效放大倍数

由M=M目·M物知,显微镜的同一放大倍数可由别同倍数的物镜和目镜来组合.如45倍的物镜乘以10倍的目镜或者15倍的物镜乘以30倍的目镜基本上450倍.关于同一放大倍数,怎么合理选用物镜和目镜呢应先选物镜,普通原则是使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的500~1000倍,即

那个范围称为显微镜的有效放大倍数范围,若M1000A,则形成"虚伪放大",组织的细微部分将分辨别清.待物镜选定后,再依照所需的放大倍数选用目镜.

4景深:即垂直鉴不率,反映了显微镜关于高低别同的物体能清楚成像的能力.

式中:M—放大倍数;

R—半孔径角;

λ—波长;

n—介质折射率.

由式可知n,R越大,景深越小;物距增加,景深增加.在举行断口分析时,为获得清楚的断口凹凸图像,景深别能太小.

5透镜的几何缺陷

单色光经过透镜后,由于透镜表面呈球形,光线别能交于一点,则使放大后的象含糊别清,此现象称球面象差.

多色光经过透镜后,由于折射率别同,使光线别能交于一点也会造成含糊图像,此现象称色象差.

减小球面象差的方法:可经过创造物镜时采纳别同透镜组合举行校正;调整孔径光栏,适当操纵入射光束等方法落低球面象差.

减小色象差方法:可经过物镜举行校正或采纳滤色片获得单色光的方法落低色象差.

2.显微镜的构造

图1-2为别同型式的金相显微镜的基本构造及光学行程.

图1-2金相显微镜的基本构造及光学行程

金相显微镜分为台式,立时及卧式三种类型,各种类型又有许多别同的型号.尽管显微镜的型号非常多,但基本构造大致相同,现以XJB-1型金相显微镜为例介绍显微镜的构造.

金相显微镜通常由光学系统,照明系统和机械系统三大部分组成,有的显微镜还附有摄影装置.

图1-3XJB-1型金相显微镜的光学系统

1-灯泡;2-聚光透镜组;3-聚光镜;4-半反射镜;5-辅助透镜;

6-物镜组;7-试样;8-反光镜;9-孔径光阑;10-视场光阑;

11-辅助透镜;12,13-棱镜;14-物镜

XJB-1型显微镜的光学系统如图1-3所示.由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚拢到孔径光栏9,再通过聚光镜3聚拢到物镜的后焦面,最终经过物镜平行照耀到试样7的表面上,从试样反射回来的光线又通过物镜组6和辅助透镜5,由半反射镜4转向,通过辅助透镜以及棱镜造成一具被观看物体的倒立的放大实像,该像再通过目镜的放大,就成为在目镜视场中能看到的放大影像.

照明系统:由电源220V经变压器6~8V使灯泡6-8V,15w发光作为光源.还有聚光镜,孔径光栏,视场光栏等装置,组成显微镜的照明系统.

机械系统及其它各部件:

调焦装置:在显微镜体两侧有粗调和微调旋钮.随粗调旋钮的传动,支撑载物

台的弯臂作上下挪移.微调旋钮使其沿滑轨缓慢挪移.

载物台试样台:用于放置金相试样.载物台和下面托盘之间有导轨,用手推动,可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向挪移,以改变试样的观看部位.

孔径光栏:它是用于操纵入射光束的粗细,以保证物像达到清楚的程度.

视场光栏:它的作用是操纵视场范围,使目镜中视场璀璨而无阴影.在刻有直纹的套圈上还有两个调节螺钉,用来调整光栏中心.

3.显微镜的使用规程及注意事项

金相显微镜是一贵重周密光学仪器,使用时要细心慎重.使用前应先了解显微镜的基本原理,构造及各要紧部件的位置和作用,然后再按照使用规程和应注意事项举行操作.

1显微镜的使用规程:

先将显微镜的插头插在低压6~8V变压器上,经过变压器接通电源.

依照放大倍数选用所需物镜和目镜,分不安装在物镜座及目镜筒上.

将试样放在载物台中心,并使观看面朝向物镜.

用双手旋转粗调旋钮,将载物台落下,使样品靠近物镜,但别接触.然后边观看目镜边用双手旋转粗调旋钮,使载物台渐渐上升,待看到组织时,再旋转微调旋钮,直至图像清楚为止.

2使用注意事项:

操作时要细心,动作要轻微.

光学系统等重要部件别得自行拆卸.

使用时如浮现故障,应及时报告指导教师举行处理.

显微镜各种镜头严禁用手指触摸或用手帕等擦拭,擦拭镜头需用镜头纸.

显微镜的灯炮电压为6~8v,严禁直截了当插在220v的电源插座上.

在旋转聚焦旋钮时,动作要慢,碰到阻碍时马上停止操作,并报告指导教师举行处理.

使用完毕,关闭电源,将显微镜恢复到使用前状态,经指导老师检查无误后,方可离开实验室.

金相显微试样的制备

金相试样的制备包括取样,磨制,抛光和浸蚀等步骤.

1.取样

试样的选取应依照被检验材料或零件的特点,取其有代表性的部位.例如研究零件的失效缘故时,应在失效部位取样,并在完好部位取样,以便对照分析.关于铸造合金,思考到组织的别均匀性,应从表层到中心各个部位举行选取.关于轧材,研究表层缺陷和夹杂物的分布时应横向取样;研究夹杂物类型,形状,变形程度,带状组织时应纵向取样.对普通热处理后的零件,由于组织均匀,可任意取样取样时应保证试样观看面别发生组织变化,软材料取样可用锯,刨,车等办法,硬材料取样可用砂轮切片机等办法,脆性材料可用锤击等办法.试样尺寸别宜过大或过小,普通以手拿方便即可,其形状以便于观看为宜.

2.磨制

1粗磨:粗磨目的是为了获得一具平坦的表面,软材料试样可用锉刀锉平;钢铁材料可用砂轮机磨平.磨削时应注意试样对砂轮的压力别宜过大,以免在试样表面上形成较深的磨痕而增加细磨的困难,磨削时应别断用水冷却试样,以免受热引起组织变化,试样边缘要举行倒角,以免在细磨和抛光时划破砂纸和抛光绒布或造成试样从抛光机上飞出伤人.

2细磨:细磨分手工磨光和机械磨光两种.

手工磨光是用手拿住试样在金相砂纸上举行.金相砂纸按粗细分为01,02,03,04,05号等.细磨时依次从01磨到05号,钢铁材料普通磨到04号即可,软材料如铝,镁等合金可磨到05号砂纸.细磨时必须注意:

1细磨时应将砂纸放在光滑平坦物体如玻璃板上,手指拿住试样,并使磨面朝下,均匀用力由后向前推行磨削.在回程时,提起试样别与砂纸接触,以保证磨面平坦而别产生弧度.

2每换一号砂纸时,应将试样转90°再磨,使磨削方向与前道磨痕方向垂直,以便观看前道磨痕是否全部消除.

3每更换一次砂纸之前,应把试样,玻璃和手洗净,以免把粗砂粒带到下一号细砂纸上去.

另外,磨削软材料时,可在砂纸上涂一层润滑剂,如机油,甘油,胖皂水等,以免砂粒嵌入试样磨面.

机械磨光是在预磨机上举行.预磨机是由电动机带动转盘,转盘分为蜡盘和砂纸盘两种.蜡盘算是把混有金刚砂的熔化石蜡浇在转盘上,待凝固车平后装在预磨机上就可使用.做成别同粗细的金刚砂蜡盘,在生产检验中被大量使用.砂纸盘是把水砂纸剪成圆形,用水玻璃粘在预磨机转盘上,