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1、材料科学综合实验 20号钢与45号钢正常淬火组织比较实 验 报 告梁 凯 051609224目录1. 实验任务.21个人实验要求2实验背景概述2. 实验方案.41.金属材料试样的镶嵌2.金属试样的打磨3.分析组织4.试样的拍照5.试样的硬度的测定3. 实验结果与分析.93.1：金相显微图像比较3.2：硬度测试实验比较3.3：图像和硬度的分析4. 实验与体会.141 实验任务051609224梁凯20号钢与45号钢正常淬火组织比较分析淬火组织状态并分析比较组织性能热处理、制样、拍照、分析组织、测硬度45号钢，是GB中的叫法，JIS中称为：S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN称为
2、：C45 。国内常叫45号钢，也有叫“油钢”。一般，市场现货热轧居多。冷轧规格1.04.0mm之间。45号钢为 优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板，梢子，导柱等，但须热处理。1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62)为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58)。2.45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。45钢淬火硬度在HRC5558之间,极限值可
3、达HRC62; 45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 20号钢，含碳量为0.2%，该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa，伸长率24%。密度是7.85，无冲击韧度. 冷变形塑性高，一般供弯曲、压延用，为了获得好的深冲压延性能，板材应正火或高温回火；用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件，如轴套、螺钉、杠杆轴、变速箱变速叉、齿轮、重型机械拉杆、钩环等，还可用于表面硬度高而心部强度要求不大的渗碳于氰化零件。钢的淬火是将钢加热到临界温度
4、Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即
5、浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织
6、相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。2 实验方案2.1：热处理工艺分别将20号钢、45号钢试样放入不同的炉中，接通箱式电炉加热，将20号钢试样加热到950，将45号钢试样加热到840，然后保温，通过查阅相关资料，得到箱式电炉保温时间，碳钢：t=1/mm +(10 30)，则试样的保温时间为，为，D为工件有效厚度（单位/mm）保温结束后，分别进行水冷。经过计算之后，保温时间选取为30min。2.2:金属材料试样的
7、镶嵌 首先，打开电源。然后进行有关的准备工作，不要匆忙开始镶嵌。需要检查上、下模块的边沿是否有电木粉的粘黏，及时清理掉（可以用掰断的钢锯片清理，不要过于用力，避免划伤上、下模块）。 当镶嵌机温度上升到设定温度（对于电木粉（酚醛模塑料，型号PF2A2-141黑），一般是130140），就可以开始后续的操作了。 调整手轮，使下模与下平台平行；然后把试样观察面向下放在下模中心处，逆时针转动手轮1012圈，使下模及样品下沉（样品的高度，一般不应高于1cm）。加入填料，使其与下平台平行，然后把上模压在填料上，左手指在上模上施以向下的力，同时，右手再逆时针转动手轮，使上模下沉至其上表面低于上平台即可。 迅
8、速合上盖板；然后，立即、快速顺时针转动手轮到压力灯亮，此时，再多加12圈即可（不可多加，过大的压力，容易出现取样困难，出现崩弹的现象）。 在选择的正确保温温度以及恰当压力的条件下，记时35分钟，之后开始取样。 取样的过程是：去除压力：逆时针转动手轮卸压至压力灯熄灭。腾出脱模空间：再逆时针转动5圈。 脱模：顺时针转动八角旋钮，向下顶动上模块，将样品脱模（这是保证不出现崩动、弹跳现象的关键步骤）；然后，再逆时针转动八角旋钮打开盖板。 随后，顺时针转动手轮把上模顶出，顶至上模下边缘与下平台平行时，（用绒布垫着）拿木榔头敲下上模（注意：上模此时较热，不能用手直接拿）。将上模放在镶嵌机腔体右边的上平台角
9、落处。 继续升起下模，样品完全暴露即可取出，方法与取出上模的方法相同（也不能用手直接拿）。 每个样品镶嵌前，都要注意清理上、下模块的边缘，保证镶嵌的顺利。2.3:金属试样的打磨(一) 粗磨 粗磨的目的主要有修整、磨平和倒角。 粗磨的目的主要有以下三点： 1、修整 有些试样，例如用锤击法敲下来的试样，形状很不规则，必须经过粗磨，修整为规则形状的试样； 2、磨平 无论用什么方法取样，切口往往不十分平滑、为了将观察而磨平，同时去掉切割时产生的变形层，必须进行粗磨； 3、倒角 在不影响观察目的的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。 (二) 细磨 粗磨后的试样，磨画上仍有较粗较深的磨痕
10、，为了消除这些脚痕必须进行细磨。细磨一般是机械磨。目前普遍使用的机械磨设备是预磨机。 (三) 抛光 抛光的目的是去除细磨后遗留在磨面上的细微磨痕，得到光亮无痕的镜面。抛光的方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光。最常用的是机械抛光。抛光时 应注意： （1) 试样沿盘的径向往返缓慢移动，同时逆抛光盘转向自转，待抛光快结束时作短时定位轻抛。 （2) 在抛光过程中，要经常滴加适量的抛光液或清水，以保持抛光盘的湿度，如法现抛光盘过脏或带有粗大颗粒时，必须将其冲刷干净后再继续使用。 （3) 抛光时间应尽量缩短，不可过长，为满足这一要求可分粗抛和精抛两步进行。 （4) 抛有色金属时，最好在抛光盘上涂少许肥皂或
11、滴加适量的肥皂水。 (四) 浸蚀 抛光后的试样在金相显微镜下观察，只能看到光亮的磨面，如果有划痕、水迹或材料中的非金属夹杂物、石墨以及裂纹等也可以看出来，但是要分析金相组织还必须进行浸蚀，将试样放在4%的硝酸酒精里面侵蚀810秒，放到自来水下清洗，之后用酒精清洗并且放到烘干机下面烘干。如果有水渍的话则从新来过上面的过程。 2.4:分析组织1、根据观察试样所需的放大倍数要求，正确选配物镜和目镜，分别安装在物镜座上和目镜筒内。2、调节载物台中心与物镜中心对齐，将制备好的试样放在载物台中心，试样的观察表面应朝下。3、将显微镜的灯泡插在低压变压器上（68V），再将变压器插头插在220V的电源插座上，使
12、灯泡发亮。4、转动粗调焦手轮，降低载物台，使试样观察表面接近物镜；然后反向转动粗调焦旋钮，升起载物台，使在目镜中可以看到模糊形象；最后转动微调焦手轮，直至影象最清晰为止。5、适当调节孔径光阑和视场光阑，选用合适的滤镜片，以获得理想的物像。6、前后左右移动载物台，观察试样的不同部位，以便全面分析并找到最具代表性的显微组织。7、观察完毕后应及时切断电源。8、实验结束后，应小心卸下物镜和目镜，以防止潮湿霉变。图1为45#钢淬火区域的马氏体组织（一）图2为20#钢淬火后组织（一）2.4试样的拍照再2.3之后课直接对试样进行拍照，并且标上标尺。2.5试样的硬度的测定要用到显微硬度仪器。显微硬度测试采用压
13、入法，压头是一个极小的金刚石锥体，按几何形状分为两种类型，一种是锥面夹角为136的正方锥体压头，又称维氏（Vickers）压头，另一种是棱面锥体压头，又称努普（knoop）压头。我们使用的是维氏压头。1维氏压头 二相对棱面间的夹角为136金刚石正方四棱角锥体，即为维氏压头（图8-1a）。 2维氏硬度 维氏压头在一定的负荷作用下，垂直压入被测样品的表面产生凹痕，其每单位面积所承受力的大小即为维氏硬度。3 实验结果3.1：金相显微图像比较图3为45#钢淬火后组织（二）图中的大部分组织为马氏体图4为20#钢淬火后组织（二）图中的组织为低碳马氏体，贝氏体，珠光体，铁素体混合物3.2硬度测试实验比较20
14、号钢淬火淬火显微硬度测试报告(HV)图5为20#钢硬度（一）图6为20#钢硬度（二）图7为20#钢硬度（三）测试日期：2013-1-1610:56:00报告编号：试验力：4.903 N(500 gf)试样名称：1%保荷时间：15 S试样标识：07-9002物镜倍率：40 x序号D1(um)D2(um)HV128.2127.86236.0 226.2825.76273.9 327.3325.76263.2 45号钢淬火淬火显微硬度测试报告(HV)图8为45#钢硬度（一）图9为45#钢硬度（二）图10为45#钢硬度（三）测试日期：2013-1-1610:56:00报告编号：试验力：4.903 N(500 gf)试样名称：1%保荷时间：15 S试样标识：07-9002物镜倍率：40 x序号D1(um)D2(um)HV113.8415.42866.4215.2415.24789.9315
