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1、1郑州航院材料成型及控制工程专业综 合 性 实 验实 验 报 告学生专业： 材料成型及控制工程 学生姓名： 李国林 学生学号： 110609212 所在学院： 机电工程学院 报告日期： 2014 年 6 月 16 日 2目录前言一、 实验综述-3 页二、 实验目的-9 页三、 实验设备-10 页四、 实验过程-10 页五、 实验结果-11 页六、 实验结果分析-16 页七、 结论-16 页八、 参考文献- 17 页3前言亚温淬火定义亚温淬火洪城临界区淬火或双相区淬火，加热淬火温度为 Ac1Ac3。与完全淬火相比，亚温淬火后硬度稍低，但可显著提高钢的冲击韧性，降低钢的冷脆转变温度，抑制钢的可逆回
2、火脆性，这对于要求强韧性高的亚共析钢零件尤为重要；雅雯粗活加热温度降低 50100，从而降低能耗 2030%亚温淬火的优点（1） 提高钢的室温和低温的冲击韧性。亚温淬火对许多结构钢的室温和低温冲击韧性有不同程度的提高，即随钢含碳量的增加强韧性化效果增加。亦既不牺牲强度情况下提高韧性，从而扩大了材料的使用范围。（2） 降低钢的脆性转变温度。亚温淬火对不同钢种在不同程度上降低了脆性转变温度。使得低碳锰钢的脆性转变温度降低 20（3） 抑制钢的可逆回火脆性。由于亚温淬火净化晶界，减轻磷偏析，晶粒细化和晶粒边界效应的结果，使不同回火冷却速度对回火冲击韧性已不敏感，即不管回火后快冷或慢冷冲击韧性均提高，
3、这表明钢的可逆回火脆性被抑制了。亚温淬火的应用在 Ac1Ac3 之间，则加热时组织为奥氏体+铁素体；淬火后，奥氏体转变为马氏体，而铁素体被保留下来，此时淬火组织为马氏体+铁素体（+残余奥氏体） ，这样就造成了淬火后强度硬度都较低，但塑性韧性较好，相当于渗碳钢的心部组织所以可以用于制造承受高速、中载并要求抗冲击和耐磨损的零件，热别是紫车、拖拉机上的重要齿轮及离合器轴一、实验综述20CrMnTi 钢综述本次实验材料选用的是 20CrMnTi。其成分见表 11。表 1-1 20CrMnTi 的化学成分成分 C Si Mn Cr Mo Ni P S20CrMnTi（%）0.36 0.50 0.80 1
4、.64 0.37 0.05 0.01 0.0120CrMnTi 是中淬透性渗碳钢这类刚有良好的力学性能和工艺性能。淬透性较高，过热敏感性较小，因此这种钢大量用于制造承受高速、中载并要求抗冲击和耐磨损的零件，热别是紫车、拖拉机上的重要齿轮及离合器轴等 4低碳钢的亚温淬火热处理组织综述钢的热处理原理主要是利用刚在加热和冷却时内部组织发生转变的基本规律。根据这些基本规律和要求来确定加热温度、保温时间和冷却介质等相关参数，已达到改善材料性能的目的。刚在热处理条件下所得到的组织与钢的平衡组织有很大的差别，钢加热到临界点（A 1）以上时发生奥氏体转变，奥氏体在非常缓慢冷却时才能得到平衡组织状态的珠光体或珠
5、光体+铁素体（或渗碳体） ，但大部分热处理工艺，如退火、正火、淬火、 （回火或时效例外）都是将刚加热到奥氏体状态，然后以不同的冷却速度（或冷却方式）冷却到室温。退火、正火、淬火的冷却速的不同，则会得到不同的组织，其力学性能或物理性能也不同。热处理工艺加热温度的选择：本次试验要完全退火 亚温淬火 高温回火工艺在此只对上述用到的热处理工艺进行综述退火加热温度：一般亚共析钢加热至 Ac3+（30 50） （完全退火）降低硬度、改善高碳钢的切削性能。亚温淬火加热温度：Ac1Ac3 温度之间如图所示5回火温度的选择：钢淬火后都要回火，回火温度决定于最终要求的组织和性能（工厂里常常根据硬度要求）高温回火。
6、在 500 650 的回火称为高温回火，所的组织为回火索氏体，硬度约为 25 35HRC。其目的是获得强度、硬度、塑形、韧性都较好的综合力学性能。习惯上将淬火钢加高温回火相结合的热处理工艺称为调质、因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。洛氏硬度试验机的原 理 及 主要结构及其操作方法洛 氏 硬 度 机 的 原 理 ：洛氏硬度试验，是用特殊的压头（金刚石压头或钢球压头），在先后施加两个载荷（预载荷和总载荷）的作用下压入金属表面来进行的，总载荷 P 为预载荷 P0和主载荷 P1之和，即 p=P0+P1。洛氏硬度值是施加总载荷 P 并卸除主载荷 P1后，在预载荷
7、 P0继续作用下，由主载荷 P1引起的残余压入深度 e 来计算6图 4 洛氏硬度测量原理示意图图 4 中，h 0表示在预载荷 P0作用下，压头压入被试材料的深度；h 1表示施加总载荷 P 并卸除主载荷 P1，但仍保留预载荷 P0时，压头压入被试材料的深度。深度差 e=h1-h0，该值用来表示被测材料硬度的高低。HR-150A 型洛氏硬度计主要零部件1.机身 2.加荷手柄 3.升降手把 4.手轮 5.丝杠保护套（内有丝杠）6.待测试件7 主轴8.小杠杆 9.大杠杆 10.调整块 11.定位标记 12.吊环 13.螺钉 14.砝码变换器 15.砝码16.油针 17.油毡 18.后盖 19.缓冲器
8、20.卸荷手柄 21.压头 22.上盖 23.指示表24 变荷手柄 25.工作台硬度测试方法、过程7将经过热处理以后的钢试样用水砂子上擦磨去除表面污垢和氧化层后，置于洛氏硬度机上测量硬度，为了减小测量误差，应进行多次测量，记录数据。擦磨方法：先沿着一个方向擦磨直到表面氧化物去除完，然后再沿着垂直方向擦磨使端面平整。洛式硬度机的使用方法1）将试样上下两面磨平，然后置于载物台上。2）选择压头及载荷。3）加预载。按顺时针方向转动升降机构的手轮，使试样与压头接触并观 察显示器上光标移动至满载为止。4）加主载。5）读硬度值。6）卸主载。7）下降载物台。逆时针转动加载手柄至原来位置。8）用同样的方法在试样
9、的不同位置测三个数据，取其算术平均值为试样的硬度。本次实验采用 TH300 洛氏硬度机，其实验条件见表 0-0表 0-0 热处理条件淬火 采用 HRC，载荷 150kg，保压 2 秒回火 采用 HRC，载荷 150kg，保压 2 秒为了减小实验设备所引起的误差，在测试硬度之前，用标准硬度块进行校对。校对以后，再对试样进行硬度测试。为了增加硬度数值的可靠性，每个试样进行 5 次硬度测试：即在试样的中心进行一次测量，临近四个角部进行测量，5 个数据求平均值。观察金相操作方法掌握金相显微试样的制备过程和基本方法，并观察、认识其金相显微组织；1 实验仪器及材料 81 仪器：台式金相显微镜、预磨机、砂纸
10、、抛光机、吹风机等。 2 材料；待磨试样每人一块；各号金相砂纸一套；腐蚀剂；无水乙醇； 4 硝酸酒精；制备好的工业纯铁试样，棉球、镊子等。 2、内容 在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的金相显微组织时，需要在该材料的典型部位截取样块，然后通过一系列的制备过程，制成符合要求的金相显微试样。即在金相显微镜下可以观察到很清晰的金相显微组织，其整个过程即为磨片。机械抛光 机械抛光可分为粗抛和细抛两个步骤，均在抛光机上进行。粗抛时转速要高些，细抛或抛软材料时转速要低些，所用抛光材料由抛光布和抛光粉，抛光布蒙在抛光盘上，不同要求应适当选用不同的抛光布。粗抛时常用帆布、粗呢等，精抛时常用绒布、细呢、丝
11、绸等。机械抛光的方法及注意事项如下：A抛光粉要配制成抛光液使用，比例大约为 水：粉20：1 左右。B抛光时应使试样磨面均衡地压在旋转着地抛光盘上，压力不宜过大，并应使试样沿抛光盘的半径方向从中心到边缘来回移动。C 抛光过程中要不断注入适量的抛光液，抛光布上的抛光液不宜太多或太少，以试样表面提起后几秒内能干为宜。D抛光后期，应使试样在抛光盘上各方向转动，以防止钢中夹杂产生拖尾现象。E抛光时间不宜过长，以防抛光表面层金属变形。化学浸蚀经抛光后而没有浸蚀的试样在显微镜下除了能观察到非金属夹杂物（石墨、氧化物、硫化物等）及其本身所具有的孔洞、裂纹等缺陷之外，看不到金属内部的组织，必须经过浸蚀。利用化学
12、浸蚀剂，通过化学或电化学作用显示金属的组织：浸蚀方法：将已抛光好的试样磨面先用轻水冲洗干净，然后用酒精棉清擦一遍，再将试样浸入浸蚀剂中，或用镊子夹着蘸上浸蚀剂的棉球擦其磨面。浸蚀的时间依不同合金及不同组织而定，一般碳钢和铸铁浸蚀的时间大约在 91015 秒内即可。用酒精冲洗干净，吹干，将浸蚀完的试样放在显微镜下，就可以观察到金属内部的显微组织。化学浸蚀剂种类很多，一般碳钢及铸铁所用浸蚀剂为 35的硝酸酒精。电子摄像技术将磨好的金相试样放在显微镜的载物台上，选好放大倍数以后，调整粗调手轮和微调手轮，直接在与显微镜相连的电脑显示屏幕上调清楚焦距，获得清晰的金相图片。二、实验目的1. 学习热处理加热
13、炉、硬度计、金相显微镜等设备的原理、结构以及操作规范。2. 学习亚温淬火热处理规范、硬度测试规范、金相试样加工规范、组织测试规范。让我们理论联系实践更加充分的学习理解我们所学的知识。三、实验设备1、箱式电阻炉；型号：砂型 sx2-4-10；额定功率 4kw；额定电压 220v；额定温度 1000；炉膛尺寸 300200120mm。2、亚温淬火：水（使用温度约 20）3、TH300 洛氏硬度机砂轮机；金相砂纸；MPOTM160E 磨抛机；吹风机；抛光剂氧化铬 抛光织物：纺绸 OLYMPUS GX51 光学显微镜：放大倍数分别为：200 倍，400 倍，500 倍。4、试样材料：20CrMnTi
14、四、实验过程1. 热处理加工方法、过程20CrMnTi 的热处理过程退火 温度880C，保温时间 30 分钟，随炉冷却淬火 温度830 C 保温时间 25 分钟 水淬10回火 温度 660 C，保温时间：30 分钟，随炉冷却 600 C 下出炉空冷至室温文字叙述：1、对 20CrMnTi 钢进行退火（1）打开加热炉。使其温度上升到 880 C 将试样置于加热炉中待温度上升到880C 开始计时，保温 30 分钟。（2）30 分钟后，断开开关使试样随炉冷却（3）待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。对试样进行抛光 腐蚀后观察金相（4） 、测量试样的硬度并计入表格中。2、对 20CrMnTi
15、钢进行淬火（1）打开加热炉。使其温度上升到 830 C 将试样置于加热炉中待温度上升到830C 开始计时，保温 25 分钟。(2)25 分钟后取出放入水中进行淬火(3) 待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。对试样进行抛光 腐蚀后观察金相(4) 测量试样的硬度一共 5 次。并计入表格中。3、对 20CrMnTi 钢进行回火（1）打开加热炉。使其温度上升到 660C 将试样置于加热炉中待温度上升到660C 始计时，保温 30 分钟（2）30 分钟后断开开关使得试样随炉冷却到 600C 一下，取出空冷至室温（3）待试样完全冷却，用磨砂纸将其表面磨平整光滑。对试样进行抛光 腐蚀后观察金相（4）测量试样的硬度一共 5 次。并计入表格中五、实验结果1. 热处理加工结果20CrMnTi 在 880温度下退火得到铁素体+珠光体，其硬度、强度低，塑性、韧性好。11在 830亚温淬火得到铁素体+100%板
