工程材料课程实验

<工程资料>课程实验聊城大学汽车与交通工程学院<工程资料>课程组张兰江实验内容实验一45钢金相样品制备及其平衡组织察看实验二45钢的热处置实验实验一45钢金相样品制备及其平衡组织察看一、目的与要求1.初步掌握金相样品制备的根本方法。2．熟习金相显微镜的根本原理及运用方法。3．初步认识金相显微镜下45钢的组织特征。图1.1XQT透反射显微镜主要技术参数：总放大倍数：125x~1560x

目镜：10x平场目镜、12.5x广角平场目镜、10x分划目镜物镜：10x、40x、100x平场消色差物镜二、主要设备与仪器

1、主要设备〔1〕XQT透反射显微镜〔如图1.1所示〕图1.2XJP-3A金相显微镜主要技术参数：总放大倍率：1250x目镜：5x、10x、12.5x分划目镜：10x平场消色差物镜：10x、40x、100x电源：220V，6V/15W卤素灯〔2〕XJP-3A金相显微镜〔如图1.2所示〕图1.3XJG-05大型金相显微镜图1.4金相图像分析系统〔3〕XJG-05型大型金相显微镜＋TDY－J金相分析软件〔如图1.3、图1.4所示〕图1.5PW-1B磨抛机主要技术参数：砂纸直径：230mm抛盘直径：220mm转速：50/1400r/min〔无级〕电动机：80变频电机三相220V0～50Hz〔4〕PW-1B型柜式多能磨抛机〔如图1.5〕〔5〕QG-3金相试样切割机〔如图1.6所示〕图1.6QG-3切割机主要技术参数：最大切割截面：Φ85mm转速：2800/min砂轮片规格：300×1.5×32mm电动机：Y100L2-2电源：380V功率：3kW2、其它仪器金相砂纸、4%的硝酸酒精溶液、吹风机、医用脱脂棉、镊子等。三、实验内容与步骤1、金相试样的制备金相样品的制备过程普通包括取样、镶嵌、粗磨、细磨、抛光和腐蚀步骤。2、察看金相试样的显微组织金相试样制备好后，用吹风机对其枯燥，然后预备察看其显微组织构造。〔1〕根据察看试样所需的放大倍数，选择物镜和目镜；〔2〕然后将试样放在载物台中心，使载物台中心与物镜中心对正，试样被察看面向下；〔3〕转动粗调焦距手轮降低载物台，使试样外表接近物镜；再渐渐反向转动手轮至目镜中出现模糊的影像；最后悄然转动微调焦距手轮，直至看到明晰的组织；〔4〕使载物台前后左右挪动，察看试样的不同部位，找出具有代表性的显微组织，并画出试样的显微组织表示图。四、实验结果与分析碳钢合金的显微组织是研讨钢铁资料性能的根底。碳钢合金平衡形状的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下〔如退火形状〕所得到的组织，其相变过程均按相图进展，因此可以根据该相图来分析碳钢合金的平衡组织。含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％的合金为白口铸铁。一切碳钢和白口铸铁在室温下的组织均有铁素体〔Fe〕和渗碳体〔Fe3C〕这两个根本相。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量及分布形状有所不同，因此呈不同的组织形状。1、碳钢的根本组织

〔1〕铁素体〔F〕是碳在中的固溶体。铁素体为体心立方格。具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用3％～4％硝酸酒精溶液侵蚀后，在显微镜下呈现亮堂色的多边形晶粒。

〔2〕渗碳体〔Fe3C〕是铁与碳构成的一种化合物，含碳量为6.69％。用3％～4％硝酸酒精溶液侵蚀后，渗碳体呈亮白色，假设用苦味酸钠溶液侵蚀，那么渗碳体呈黑色而铁素体仍为白色。

〔3〕珠光体〔P〕是铁素体和渗碳体的机械混合物，其组织是共析转变的产物。由杠杆定律可以求得铁素体与渗碳体的含量比为8：1。因此，铁素体厚，渗碳体薄。2、铁碳合金室温下显微组织

〔1〕工业纯铁含碳量﹤0.0218％，其显微组织为铁素体。

〔2〕碳钢

①共析钢：含钢量为0.77％。其显微组织由单一地珠光体组成。

②亚共析钢：含钢量在0.0218％～0.77％范围内的碳钢合金其组织由共析铁素体和珠光体所组成，随着含碳量的添加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量那么相应地增多。

③过共析钢：含碳量在0.77％与2.11％之间。其组织由珠光体和先共析渗碳体〔即二次渗碳体〕组成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。组织中存在片状珠光体和网络状二次渗碳体，经侵蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体那么呈白色网络状。3、45钢金相试样的显微组织图1.745钢属于亚共析钢，其组织由铁素体和珠光体组成。其中经过侵蚀后的珠光体呈黄褐色片层状构造，铁素体呈亮白色〔如图1.7所示〕。图1.745钢室温显微组织实验二45钢的热处置实验一、目的与要求1、了解碳钢普通热处置〔退火、正火、淬火、回火〕的操作方法。2、掌握碳钢在热处置时加热温度、冷却速度及回火温度等主要要素对碳钢热处置后组织与性能的影响。3、掌握金属资料的硬度实验方法。二、主要设备与仪器图2.1SX-5-12变温箱形电阻炉主要技术参数：任务室尺寸高×深×宽(mm):300×200×120电压〔V〕:220相数：1功率〔KW〕:5最高温度〔℃〕:12001、主要设备〔1〕SX-5-12箱式电阻加热炉〔如图2.1所示〕图2.2HBRVU-187.5布洛维光学硬度计主要技术参数：初实验力〔N〕：98；总实验力〔N〕：588、980、1471；布氏硬度实验力〔N〕：306、613、1839；维氏硬度实验力〔N〕：294，588，980；显微镜放大倍率：37.5倍、75倍；〔2〕HBRVU-187.5布洛维硬度计〔如图2.2所示〕主要技术参数:初实验力〔N〕：98N总实验力〔N〕：588N、980N、1471N总实验力坚持时间〔S〕：1-30读数方式：数显电源电压：AC220V/50HZ试件允许最大高度：170mm硬度值范围HRA：20～88HRB：20～100HRC：20～70〔3〕数显洛氏硬度计〔HRS-150〕2、其它仪器：PHR-2便携式洛式硬度计〔如图2.4所示〕、热处置用夹钳、手套、水箱等。钢的热处置工艺特点是：将钢加热到一定的温度，经一段时间的保温，然后以某种速度冷却下来，经过这样的工艺过程能使钢的性能发生改动。

1、碳钢的普通热处置工艺方法

1〕钢的退火

钢的退火通常是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3线以上，保温一段时间，然后缓慢地随炉冷却。此时，奥氏体在高温区发生分解，从而得到比较接近平衡形状的组织。普通中碳钢〔如40、45钢〕经退火后消除了剩余应力，组织稳定，硬度较低〔HB180～220〕有利于下一步进展切削加工。三、实验内容与步骤2〕钢的正火

钢的正火通常是把钢加热到临界温度Ac3或Accm线以上，保温一段时间，然后进展空冷。由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体量相对较多，且片层较细密，故性能有所改善，细化了晶粒，改善了组织，消除了剩余应力。对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件外表光洁度；对于高碳钢，那么正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火作好组织预备。

3〕钢的淬火

钢的淬火通常是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3线以上，保温一段时间，然后放入各种不同的冷却介质中快速冷却(V冷＞V临)，以获得具有高硬度、高耐磨性的马氏体组织。4〕钢的回火

钢的回火通常是把淬火钢重新加热至Ac1线以下的一定温度，经过适当时间的保温后，冷却到室温的一种热处置工艺。

由于钢经淬火后得到的马氏体组织硬而脆，并且工件内部存在很大的内应力，假设直接进展磨削加工那么往往会出现龟裂，一些精细的零件在运用过程中将会引起尺寸变化从而失去精度，甚至开裂。因此，淬火钢必需进展回火处置。

不同的回火工艺可以使钢获得各种不同的性能。2、碳钢普通热处置工艺

1〕加热温度

碳钢普通热处置的加热温度，原那么上按加热到临界温度Ac1或Ac3线以上30～50℃选定。

但消费中，应根据工件实践情况作适当调整。

热处置加热温度不能过高，否那么会使工件的晶粒粗大、氧化、脱碳、变形、开裂等倾向添加。但加热温度过低，也达不到要求。

碳钢普通热处置的加热温度见下表所示。方法加热温度(℃)应用范围退火Ac3+(20~60)亚共析钢完全退火Ac1+(20~40)过共析钢球化退火正火Ac3+(50~100)亚共析钢Accm+(30~50)过共析钢淬火Ac3+(30~70)亚共析钢Ac1+(30~70)过共析钢低温回火150~250刃具、模具、量具、高硬度零件中温回火350~500弹簧、中等硬度零件高温回火500~650齿轮、轴、连杆等综合机械性能零件表2-1碳钢普通热处置的加热温度钢号临界点(℃)Ac1Ac320钢73585545钢724780T8钢730——T12钢730——表2-2常用碳钢的临界点2〕加热时间

热处置的加热时间〔包括升温与保温时间〕与钢的成分、原始组织、工件的尺寸与外形、运用的加热设备与装炉方式及热处置方法等许多要素有关。因此，要确切计算加热时间是比较复杂的。在实验室中，热处置加热时间〔包括加热、保温时间〕通常按工件有效厚度，用以下阅历公式计算加热时间：

T=αD

式中：T——加热时间〔min〕；

α——加热系数〔min/mm〕；

D——工件有效厚度〔mm〕。当碳钢工件D≤50mm，在800~960℃箱式电阻炉中加热时，α=1~1.2〔min/mm〕。回火的保温时间要保证工件热透并使组织充分转变。实验时组织转变时间可取0.5h。3〕冷却方法〔1〕退火冷却方式：钢退火时，普通采用随炉冷却到600～550℃以下再出炉空冷。〔2〕正火冷却方式：钢正火时，普通采用在空气中冷却。〔3〕淬火冷却方式：钢淬火时，钢在过冷奥氏体最不稳定的范围内〔650～550℃〕的冷却速度应大于临界冷却速度，从而保证工件不转变为珠光体型组织；而在Ms点附近的冷却速度应尽能够低，从而降低淬火内应力，减少工件变形与开裂。因此，淬火时，除了要选用适宜的淬火冷却介质外，还应改良淬火方法。对外形简单的工件，常采用简易的单液淬火法，如碳钢用水或盐水液作冷却介质，合金钢常用油作冷却介质。

〔4〕回火冷却方式：碳钢回火时，普通采用在空气中冷却。3、实验步骤

1〕每组学生领取实验试样45钢3块，并打上钢号，以免混淆。

2〕丈量每块45钢试样的初始硬度并作好记录。

3〕将45钢试样放到箱式电阻炉中加热到820～840℃，保温15分钟，然后分别进展炉冷、空冷和水冷，其后，分别测定其硬度，并作好记录。钢号初始硬度HRC加热温度（℃）保温时间（min）冷却方法硬度HRC1炉冷2空冷3水冷四、结果与分