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1、工程材料实验报告专业：机械设计制造及其自动化10-1姓名：郑 杰，学号：10041127姓名：周邵巍，学号：10041128姓名：李欣欣，学号：10041129姓名：谢 强，学号：10041118工程材料综合实验 金相显微镜的构造及使用 金相显微试样的制备 铁碳合金平衡组织观察 碳钢热处理操作、组织观察和硬度测定一、 实验目的运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对工程材料课程理论系统认识，并提高分析问题解决问题的能力。通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的设备仪器：1、 分别研究铁
2、碳合金在平衡状态下的显微组织；2、 分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分组织与性能之间的相互关系；3、 了解碳钢的热处理操作；4、 研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、 观察热处理后钢的组织及其变化；6、 了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。二、 实验设备及材料1、 显微镜、浴磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、 金像砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、 三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20#、中碳钢45#、高碳钢T10）三、 实验内容三个尺寸形状基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢、高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分
3、开。1、 设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温和冷却时间）。样品加热温度保温时间冷却方式20#88020min空冷45#880高温回火 60020min高温回火30min水冷T10110020min水冷2、 做实验前完成。选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。样品20#45#T10硬度HRB50HRC20HRC633、 热处理前后的金相组织观察、硬度测试。4、 分析碳钢成分组织性能之间的关系。样品成分组织性能20#马氏体F+P冲压性与焊接性良好45#马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10马氏体+奥氏体P+Fe3CII硬度高，韧性适中5、四、 实验步骤：1、 观察平衡组织
4、并测量硬度：（1） 制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2） 观察并绘制显微组织；（3） 测试硬度。2、 进行热处理。3、 观察热处理后的组织并测硬度（1） 制备金相试样（磨制、抛光和腐蚀）；（2） 观察并绘制显微组织。五、 实验报告1、每种材料在热处理前后显微组织和性能（硬度）的异同；样品显微组织性能（硬度）20#热处理前F+P HRB72热处理后回火M +AHRB5045#热处理前F+P HRC7.5 热处理后回火SHRC20T10热处理前P+Fe3C HRC6.5 热处理后回火M +AHRC632、总结出碳钢成分组织性能应用之间的关系。样品成分组织性能应 用20#W(C)=0.20%
5、F+P冲压性与焊接性良好冲压件及焊接件，经过热处理(如渗碳)也可以制造轴，销等零件。45#W(C)=0.45%F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能齿轮，轴类，套筒等T10W(C)=1.0%P+Fe3C优质钢，硬度高，韧性适中钻头，刨刀，丝锥，手锯条等刃具及冷作模具等。3、FeFe3C合金平衡相图4、铁碳合金平衡组织观察图1 工业纯铁铁素体 图2 工业纯铁珠光体铁素体图3 亚共析钢 珠 光 体铁 素 体图4 20钢 正火处理（加热至900后空冷）铁素体珠 光 体图5共析钢 调质处理 珠 光 体图6 过共析钢Fe3C珠光体图7 亚共晶白口铸铁 LeFe3C珠光体图8 共晶白口铸铁Le图9 过共
6、晶白口铸铁Fe3C低温莱氏体图10 20#钢（加热到880+空冷）铁素体珠光体图11 45#钢（调质处理）索氏体铁素体图12 45#钢（未处理）珠光体铁素体残余奥氏体回火马氏体图13 T10钢（加热1100+淬火）一、20#钢实验处理（李欣欣）铁素体珠光体1、20#钢概述20#钢：碳质量分数为0.20%的优质碳素结构钢。含碳量为0.20%为亚共析钢，加热到880后，达到Ac3线以上，铁素体转化为奥氏体，再经过空冷后，20#钢的组织组成物为P（珠光体）+F（铁素体）。2、性能与应用在热处理前后显微组织是铁素体和珠光体。硬度较高。20#钢冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理(如
7、渗碳)也可以制造轴，销等零件。适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力6N/平方，温度450的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。3、热处理方式加热至880，保温20分钟左右后，正火处理。得到的显微组织：P（珠光体）+F（铁素体）。其
8、中图中层片状的是P（S）珠光体；白色块状的是F（铁素体）。正火后，组织细化晶粒，使组织均匀化，提高了钢的强度，硬度与韧性。正火提高其硬度，改善其切削加工性能。珠光体按层间距珠光体组织习惯上分为珠光体P，索氏体S、屈氏体T。他们的大致形成温度及性能见表。 组织名称表示符号温度范围/硬度能分辨其片层的放大倍数珠光体PA1650170200HB500X索氏体S6506002535HRC1000X屈氏体T6005503540HRC2000X过冷奥氏体高温转变产物的形成温度及性能4、实验现象分析从上面图片可以看出，P（珠光体，为黑色块状）较明显的可以看出；而F（铁素体，为白色块状）颜色有点暗，呈灰色。产
9、生该现象的原因可能是由于抛光后的过度腐蚀或使用稀硝酸腐蚀不均匀导致，晶面受损，致使不能观察到易损的珠光体组织，并且亮度有点暗，不十分清晰；手工磨制不够精细，还有可能是由于加热温度不够所致。5、实验心得已经在课本上学会了铁碳相图的各种不同碳含量是的组织组成物，并掌握了它们不能结构所具有的不同性能，这次试验就是把我们所学的理论切实的应用到实习中，通过这次自己的操作加深了对钢的热处理的理解，及其主要功能与用途，以及对钢带来的影响，获益匪浅。实验者:李欣欣二、T10钢实验处理（周邵巍）回火马氏体残余奥氏体（T10钢黑色条纹为针状马氏体）1、现象及分析：在光学显微镜下，针状马氏体呈竹叶状或凸透镜状，在空
10、间形同铁饼，一般在碳质量分数大于1.0%时，则形成的大多数为针状马氏体和部分残余奥氏体。2、T10钢的热处理过程：（淬火）先将事先准备的T10钢坯放进1100的高温中加热，20分钟后取出进行低温回火，在经过打磨、抛光、用硝酸酒精腐蚀，最终做成能够在显微镜下能够成像式样。3、热处理前后钢的组成：T10钢在热处理之前组织组成物主要为铁素体（F）和珠光体（P），热处理之后在显微镜下观察看到的就是以上图显示的针状马氏体和部分残余奥氏体。4、T10钢的物理特性：T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250），在淬火加热时
11、不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，且淬火变形大，晶粒细,在淬火加热时不易过热,仍能保持细晶粒组织;淬火后钢中有未溶的过剩碳化物,所以耐磨性高,用于制造具有锋利刀口和有少许韧性的工具。适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，也可用作不受较大冲击的耐磨零件。序号123平均值处理后硬度51525251.75、T10钢的工业用途：这种钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、
12、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件。6、淬火简介：淬火是指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬 火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。1、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
13、氏体或下贝氏体组织，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。2、将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即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）。7、T10钢的淬火与低温回火工艺参数制定1、 淬火加热温度的选择淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据 Fe-Fe3C相图确定（如
14、右图所示）。对于T10钢（过共析钢），AC1为730，其加热温度为AC13050，即770,780,7900。若加热温度不足（低于AC1），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。2、保温时间的确定淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算。 保温时间的经验公式为：t=KD(分钟)，其中：D是工件有效厚度, 单位为mm; K是加热系数，一般K=1.52.0分钟/mm。T10淬火处理：770-790，淬火介质盐水、碱水，硬度36-65HC，回火140-160，保温时间1-2小时，硬度62-64HC，加热到Ac3或Ac1以上3050摄氏度.8、实验心得：通过切身操作整个实验过程，从钢的热处理到打磨、抛光
