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1、目录前言- -3实验一 铸造实验- -4实验二 钢的热处理综合实验- -5实验三 钢的力学性能实验10 实验四 金相实验-12 综合实验-14前言本实验指导书内容侧重于金相实验技术基本操作方法、热处理及金相显微组织的观察，使学生在金相实验基本技能方面得到初步训练并有利于巩固和深化课堂学到的知识，而热处理综合实验不仅能使学生建立起完整的知识体系，还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。 学会综合应用已学的相关课程知识，解决实际问题。达到理论知识的复习、巩固、验证与应用及动手能力的培养和工程经验的积累的目的。本实验旨在培养考察材料专业本科学生对专业知识、专业技能的掌握和运用，通过合金钢的铸
2、造、热处理工艺，以及热处理之后对材料性能、组织成分的检测等材料制备整个流程的设计实验，要求学生设计实验方案、进行实验过程操作、对实验制备得到的试样进行性能检测和成分分析实验一 铸造实验一、 实验目的掌握铸造的基本工序，包括混砂，制作上模、下模，熔炼金属，浇注，冷却等工序。二、 实验仪器及材料混砂机，上模，下模，模型，砂子，熔炼炉，浇道等三、 实验内容中频感应电炉使用时可控硅元件连接或三相全控桥电路，将三厢工频电压整流为单相直流电压。炉体的感性线圈与补偿电容组成振荡电路，从而使三厢工频电压转换成单相中频电压(1000HZ).使用过程中一定要保证冷却水管畅通无阻。在调节功率时不要超过额定值（电压7
3、50V，电流300A）。真空热压炉利用可控硅调压器以及大功率变压器提供给石墨发热体可调节电压（030V），石墨发热体安置在耐热钢板制作的炉体内，此炉体通过机械真空泵及扩散泵的工作将炉体内的空气抽出形成真空。在使用过程中保持冷却水管畅通。 铸造合金流动性测定用螺旋形板制作砂型，将溶化好的AlCu5合金浇入砂型，等凝固后，清理出螺旋形试样，测量出螺旋形试样的长度，分析浇注温度，铸型性质对合金流动性的影响。实验数据实验材料浇注温度（）铸型性质螺旋形长度（）AlCu5760普通砂型1050AlCu5660普通砂型700AlCu5660型腔内涂烟黑1000实验分析：同种合金，铸型性质相同时，浇注温度越高
4、，合金流动性越好。同种合金，浇注温度相同时，铸型性质即（烟黑）导热系数小，隔热保温，材料的蓄热系数小，则金属的流动性好。 实验二 钢的热处理综合实验一、 实验目的1. 全面熟悉钢的热处理综合实验过程；2. 掌握常用材料热处理工艺规范的制定；3. 了解热处理的操作方法；4研究热处理对钢的性能的影响；5认识碳钢经各种热处理后的显微组织，.进一步了解碳钢经热处理后，在组织和性能上有什么改变。二、 实验设备和材料设备：箱式电炉和控温仪表、洛氏硬度机、台式金相显散镜、预磨机、抛光机材料：45、T10 钢样、45 钢、T10、T12、20 钢热处理过试样一套、各号金相砂纸、金刚石研磨膏、水、油。三、 实验
5、内容制定出材料的热处理工艺规范。分组进行热处理操作。测定热处理后样品的硬度值。金相显微试样的制备。观察各种热处理后的显微组组织，绘出组织示意图。将测得的硬度值与应得到的显微组织一起填入实验报告。四、概述(一)设计、制定热处理工艺规范 钢的热处理是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种热加工工艺，它的基本过程包括：将钢加热到选定温度，在该温度下保持一段时间，然后用选定的速度冷却。 1加热温度的选择淬火加热温度根据 FeFe3C 相图来确定:对亚共析钢，合适的淬火加热温度为AC +30 50，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。如果加热温度不足(低于AC )则淬火组织中将出
6、现铁素体，造成淬火后硬度不足。对过共析钢和共析钢，合适的淬火加热温度为ACl+3050。淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体，组织中的粒状二次渗碳体可以明显提高钢的硬度和耐磨性。过高的淬火加热温度(高于ACCM)，会使淬火后得到粗大马氏体和较多的残余奥氏体组织使材料的耐磨性下降，脆性增加，这是因为共析钢含碳量高，加热到ACCM 以上时，碳化物全部溶解，使奥氏体晶粒易于长大，淬火后的马氏体粗大。同时，奥氏体内的含碳量越高，则淬火后的马试体量越少，残余奥氏体量越多。回火温度将淬火后的钢重新加热到AC1 一下某个温度，在该温度下保温一定时间，然后在空气或油中冷却，这一操作过程叫回火。回火的目的地
7、是消除淬火时产生的能应力，降低钢的脆性，提高钢的韧性。按加热温度不同，回火可分为三类。见图3-4。图1-2 回火种类示意图 图1-3在共析钢C曲线上估计连续冷却 速度的影响 图中： a低温回火。主要用于高碳钢和高碳合金钢，回火后保持高硬度和高耐磨性，内应力和脆性降低。回火后的组织为回火马氏体，硬度约为 HRC5864。一般用于切削工具量具滚动轴承及渗碳和氰化。 b 中温回火。主要用于 0.50.7 C 的碳钢和合金钢，回火后内应力基本消除，有一定的韧性和较高的弹性于屈服强度。回火后的组织为回火屈氏体，硬度约为 HRc3545.一般用于各种弹簧及热锻模。 c高温回火。主要用于0.30.5 C 的
8、碳钢和合金钢，回火后既有较高的强度、硬度，又有较好的塑性和韧性。回火后的组织为回火索氏体。硬度约为 HRc2035。一般用于轴、螺栓等重要零件。钢的退火和正火温度对于不重要的工件，退火、正火可作为最终热处理。对于重要的工件，退火、正火是中间热处理，用来消除或改善铸、锻、焊过程中的造成的缺陷，为下一道工序作组织准备。 表 11 各种不同成分碳钢的临界温度（部分）钢的退火是将钢加热到Ac1 或Ac3 ，以上保温后随炉冷却。钢的正火是将钢加热到Ac3 或Accm 以上3050保温后空冷。正火的冷却速度比退火大。正火得到的组织比退得到的组织细，强度、硬度也较高。 2 保温时间的确定 为了使钢件内外各部
9、分温度均匀一致，并完成组织转变，必须在加热温度下保温一定时间。 图1-4 正火和各种退火的加热温度范围对于碳钢件，放进预先已加热至选定加热温度的炉内加热。如果是火焰炉、电炉，所需保温时间大经为 1分钟/毫米（直径或厚度），合金钢应相对延长一点。回火时的加热、保温时间，应与回火温度结合起来考虑。低温回火时，为了稳定组织、消除内应力，使零件在使用过程中性能与尺寸稳定，回火时间要长一些，一般不少于 1.52小时。高温回火时可不宜过长，过长会使钢过分软化，对有的钢种甚至造成严重的回火脆性，一般为 1 小时左右。3冷却速度的选择冷却是决定钢的最终组织与性能的重要工艺参数，同一种碳钢在不同冷却速度下冷却，
10、会得到不同的转变产物。常采用的冷却介质有炉冷、空冷、风冷、油冷、水冷、等温盐浴冷却等。钢热处理后的质量检查工件热处理后的质量检查都是通过硬度检验来实现的，因为硬度既不损坏试样，又可通过查表或公式换算出强度或其它机械性能值对于较软的钢(如退火、正火)，可用洛氏硬度计测出HRB 值。HRB的测量范围：25100。对于较硬的钢(如淬火、调质)，可用洛氏硬度计测出HRC值。HRC的测量范围：2057。无论HRC还是HRB都可通过查表，换算成HB值，以便进行硬度比较。钢经热处理后的基本组织概述索氏体：是片状渗碳体与铁索体的层片相间的机械混告物，层片分布的较珠光体细密高倍显微镜下才能分辨出来，是由奥氏体过
11、冷直接得到的。回火索氏体：淬火钢在高温回火后得到的组织具体的金相特征为铁素体的基体上分布着细的颗粒状渗碳体。这些小粒状碳化物分布得很均匀，所以它的综合机械性能好、碳钢经热处理后可得到这种回火索氏体组织，其铁素体己成等轴状，已没有针状形态。屈氏体；也是珠光体类型的组织，是渗碳体和铁素体层片相间的机械混合物，但它的层片比索氏体还细密。在一般光学显微镜下无法分辨，只有在电子显微镜下才能分辨出其中的层片，是由奥氏体过冷直接得到。回火屈氏体：淬火钢经中温回火后得到的组织，其金相特征是；原来的条状或片状马氏体的形态还未完全破坏，第二相渗碳体析出在其上，这些渗碳体颗粒很细小，以致在光学显微镜下难以分辨。马氏
12、体：它是碳在aFe 中过饱和固溶体。马氏体形态按含碳高低分两种，即板条马氏体和片状马氏体。板条马氏体：低碳钢或低碳合金钢淬火后得到组织为板条马氏体组织，其金相组织特征是：大小差不多的细马氏体条定同平行排列成束状，在束与束之间位相差较大，在一个原始奥氏体晶粒内可形成几个位向不同的马氏体领域(束)，韧性较好。片状马氏体：在含碳较高的钢中经淬火后得到马氏体呈片状(也叫针状、透镜状、竹叶状)，在一个奥氏体晶粒内形成的第一片马氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使后形成的马氏片大小受到限制，所以片状马氏体的大小尺寸不一，其间还残留奥氏体。回火马氏体：马氏体经低温回火后，得到的组织为
13、回火马氏体组织。它仍保持原有片状马氏体的形态，但由于在低温下回火，有极小的碳化物析出，所以回火马氏体易受侵蚀，在金相显微镜下观察比淬火马氏体稍暗一些。贝氏体：贝氏体分三种金相形态：上贝氏体、下贝氏体和粒状贝氏体。上贝氏体：亦称针状贝氏体，其组织特征是：条状铁素体大致平行排列，渗碳体分布于铁素体条间。下贝氏体：亦称针状贝氏体，其组织特征是；针状铁素体内有碳化物沉淀，碳化物的位向与铁素体长轴约为 5560，针状呈黑色，易腐蚀，与回火马氏体相似。粒状贝氏体：其组织是由铁素体和铁素体所包围的小岛状所组成，岛状组织刚形成时为高碳奥氏体，其后转变的三种情况是：分解为铁素体和碳化物；发生马氏体转变；仍保持富
14、碳奥氏体。四、 实验步骤及注意事项 实验前认真阅读实验指导书。 制定好的热处理工艺规范要经教师检查无误后方可进行热处理操作。 当炉温达到设计温度后(或从控温仪表上读出)，将工件装入炉内，保温时要注意控温 仪表是否正常，发现问题及时报告教师。 淬火冷却时，应迅速地将试样放入水或油中，并不停地搅动试样，注意不要将试样露出液面。 淬火后的试样用砂布磨掉氧化皮，然后测定硬度疽，同时将本次实验的全部硬度值 记在实验报告上。(6) 需要回火的工件在淬火后要进行回火操作。 完成全部热处理操作后，对各种热处理后的试样进行制备。 观察、分析热处理后的显微组织，在认识各组织组成物的基础上，根据显微镜中组织的特点，画出热处理后显微组织示意图。 严格区分索氏体和回火索氏体组织、马氏体与回火马氏体组织。实验三 钢的力学性能实验第一部分 静拉伸试验一、实验目的：1.掌握拉伸试验机的使用方法2.掌握钢材的强度指标及塑性指标的测试方法；
