工程材料实验报告--碳钢成分-组织-性能实验

实验日期:
成绩:
工程材料综合实验报告
工程材料综合实验
----碳钢成分-组织-性能实验●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
●碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定
一.实验目的
1.研究铁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。
扬州一工地坍塌
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、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等;
2.金相砂纸、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、实验内容概述
1.钢的热处理
热处理是将钢加热到一定温度,经过一定时间的保温,然后以一定速度冷却下来的操作,通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。
通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒,亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是
AC3+30~50℃,过共析钢的球化退火及淬火加热温度是
AC1+30~50℃,过共析钢的正火温度是ACcm+30~50℃,保温时间根据钢种,工件尺寸大小,炉子加热类型等由经验公式决定。
碳钢的过冷奥氏体在Ac1~550℃范围内发生珠光体转变,形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体(P),细片状珠光体——索氏体(S)和极细片状珠光体——屈氏体(T)之分。硬度随片距的减小(转变温度的降低)而升高。
碳钢的过冷奥氏体在550~350℃之间发生贝氏体转变,生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体(B上)。在光学显微镜下呈黑羽毛状特征。过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到黑针状的下贝氏体(B下),它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。
过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至Ms以下温度,将发生马氏
体转变,生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体——马氏体。常见的有板条马氏体(碳<0.2%)、针(片)状(碳>1.0%)马氏体以及由它们构成的混合组织(碳为0.2%~1.0%)。
随转变温度的降低钢的硬度升高。
普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。
钢加热到一定温度保温后缓慢冷却(通常随炉冷却)至500℃以下空冷叫退火,得到接近平衡态的组织。奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火,得到先共析钢铁素体(或渗碳体)加伪珠光体。过冷奥氏体快冷(大于临界冷速)叫淬火,得到马氏体组织。淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变,随回火温度的升高分别得到回火马氏体,回火屈氏体和回火索氏体。
随冷却速度增加,钢的硬度升高。
硬度是指材料对另一更硬物体(钢球或金刚石压头)压入其表面所表现的抵抗力。硬度的大小对于工件的使用性能及寿命具有决定性意义。由于测量的方法不同常用的硬度指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)和显微硬度(HV)。
布氏硬度适用于硬度较低的金属,如退火、正火的金属、铸铁及有金属的硬度测定。洛氏硬度又有HRA、HRB、HRC三种,其中HRC适合于测定硬度较高的金属如淬火钢的硬度。维氏硬度测定的硬
度值比布氏、洛氏精确,可以测定从极软到极硬的各种材料的硬度,但测定过程比较麻烦。显微硬度用于测定显微组织中各种微小区域的硬度,实质就是小负荷(≤9.8N)的维氏硬度试验,也用HV表示。
2.试样制备
要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和摄影,必须制备平整、光亮、清洁、无划痕、并用适当的方法显示出真实组织的试样(1)手工磨样
试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨样时用力均匀,待磨面上旧磨痕消失,新磨痕均匀一致时就更换细一号的砂纸,并且试样转90o 再磨。一般磨制到4号(粒度800)砂纸即可。
(2) 抛光
本实验采用化学抛光与机械抛光相结合的方法。PG-2金相制样抛光机
化学抛光:靠化学药剂对试样表面不均匀溶解而得到光亮的抛光面,凸起部分溶解速度快,而凹下部分溶解速度慢。具体操作是用竹筷夹住浸有抛光剂的棉球均匀的擦试磨面,待磨痕基本去掉后,立即用水冲洗。
机械抛光:在专用的抛光机上进行,抛光织物(如呢料、金丝绒等)固定在抛光盘上,洒以抛光粉悬
浮液,试样轻压于旋转的抛光盘上。靠嵌于抛光织物中的抛光粉的磨削作用和滚压作用,得到平整、光亮无划痕的磨面。数据主权
(3) 化学浸蚀
试样在浸蚀剂作用下,组织中电位低的部分为阳极,电位高的部分为阴极,低电位处于溶解较快而呈现凹陷从而显示出组织特征。碳钢常用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀。
3.观察金相显微组织
四.实验步骤设计
1、实验中对低碳钢20#、中碳钢45#、高碳钢T10进行如下表热处理
表1 热处理工艺
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20钢正火880°C    保温30分螺栓、螺钉等
45钢调质淬火 860°C  保温30分水冷
高温回火 600°C  保温30分
曲轴、齿轮等
什么是扩大内需T10钢淬火950°C  保温30分水冷车刀、钻头等2. 选定硬度计测试参数(选用压头类型、选用测量标尺)
表2 硬度计的符号、实验条件与应用
标度符号压头
pasco总载荷
kg 表盘上刻
污染指数度颜
常用硬度
值范围
应用举例
HRB
1/16”钢
球100 红线25—100
软钢、退火
钢、铜合金
3.试样制备
将热处理后的试样手工研磨→化学抛光→水洗→机械抛光→水洗→滴酒精→吹干→浸蚀→水洗→滴酒精→吹干
4. 观察与绘制20钢、45钢和T10钢热处理后的显微组织,分析成分—组织—性能之间的关系。
5.对比分析20钢、45钢和T10钢热处理前后组织与性能的变化

本文发布于:2023-06-23 14:49:58,感谢您对本站的认可!

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