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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),#,工程材料課程實(shí)驗(yàn),聊城大學(xué),汽車與交通工程學(xué)院工程材料課程組,張?zhí)m江,工程材料課程實(shí)驗(yàn)聊城大學(xué),1,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)一 45鋼金相樣品制備及其平衡組織觀察,實(shí)驗(yàn)二 45鋼的熱處理實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一 45鋼金相樣品制備及其平衡組織觀察,2,實(shí)驗(yàn)一,45鋼金相樣品制備及其平衡組織觀察,一、目的與要求,1,.,初步掌握金相樣品制備的基本方法。,2熟悉金相顯微鏡的基本原理及使用方法。,3初步認(rèn)識(shí)金相顯微鏡下45鋼的組織特征。,實(shí)驗(yàn)一 45鋼金相樣品制備及其平衡組織觀察,3,圖1.1 XQT,透反射顯微鏡,主要技術(shù)參

2、數(shù)：,總放大倍數(shù)：,125x1560 x,目鏡：,10 x,平場(chǎng)目鏡、,12.5x,廣角平場(chǎng)目鏡、,10 x,分劃目鏡,物鏡：,10 x、40 x、100 x,平場(chǎng)消色差物鏡,二、主要設(shè)備與儀器,1、主要設(shè)備,（1）,XQT,透反射顯微鏡（如圖1.1所示）,圖1.1 XQT透反射顯微鏡主要技術(shù)參數(shù)：二、主要設(shè)備與儀,4,圖1.2 XJP-3A,金相顯微鏡,主要技術(shù)參數(shù)：,總放大倍率：,1250 x,目鏡：,5x、10 x、12.5x,分劃目鏡：,10 x,平場(chǎng)消色差物鏡：,10 x、40 x、100 x,電源：,220V，6V/15W,鹵素?zé)?（2）,XJP-3A,金相顯微鏡（如圖1.2所示）

3、,圖1.2 XJP-3A金相顯微鏡主要技術(shù)參數(shù)：（2,5,圖1.3 XJG-05,大型金相顯微鏡,圖1,.,4 金相圖像分析系統(tǒng),（3）,XJG-05,型大型金相顯微鏡,TDYJ,金相分析軟件（如圖1.3、圖1.4所示）,圖1.3 XJG-05大型金相顯微鏡圖1.4 金相圖像分析系,6,圖1.5 PW-1B,磨拋機(jī),主要技術(shù)參數(shù)：,砂紙直徑：,230mm,拋盤直徑：,220mm,轉(zhuǎn)速：,50/1400r/min,（無(wú)級(jí)）,電 動(dòng) 機(jī)：80變頻電機(jī),三相,220V 050Hz,（4）PW-1B型柜式多能磨拋機(jī)（如圖1.5）,圖1.5 PW-1B磨拋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：（4）PW-1B型柜,7,（5）

4、,QG-3金,相試樣切割機(jī)（如圖1.6所示）,圖1.6 QG-3切割機(jī),主要技術(shù)參數(shù)：,最大切割截面：,85mm,轉(zhuǎn)速：,2800/min,砂輪片規(guī)格：,3001.532mm,電 動(dòng) 機(jī)：,Y100L2-2,電源：,380V,功率：,3kW,2、其它儀器,金相砂紙、4%的硝酸酒精溶液、吹風(fēng)機(jī)、醫(yī)用脫脂棉、鑷子等。,（5）QG-3金相試樣切割機(jī)（如圖1.6所示）圖1.6 QG,8,三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟,1、金相試樣的制備,金相樣品的制備過程一般包括取樣、鑲嵌、粗磨、細(xì)磨、拋光和腐蝕步驟。,2、觀察金相試樣的顯微組織,金相試樣制備好后，用吹風(fēng)機(jī)對(duì)其干燥，然后準(zhǔn)備觀察其顯微組織結(jié)構(gòu)。,（1）根據(jù)觀察試

5、樣所需的放大倍數(shù)，選擇物鏡和目鏡；,（2）然后將試樣放在載物臺(tái)中心，使載物臺(tái)中心與物鏡中心對(duì)正，試樣被觀察面向下；,（3）轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)焦距手輪降低載物臺(tái)，使試樣表面接近物鏡；再慢慢反向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪至目鏡中出現(xiàn)模糊的影像；最后輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)焦距手輪，直至看到清晰的組織；,（4）使載物臺(tái)前后左右移動(dòng)，觀察試樣的不同部位，找出具有代表性的顯微組織，并畫出試樣的顯微組織示意圖。,三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、金相試樣的制備,9,四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析,碳鋼合金的顯微組織是研究鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)。碳鋼合金平衡狀態(tài)的組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下（如退火狀態(tài)）所得到的組織，其相變過程均按相圖進(jìn)行，因此可以根據(jù)該相圖來(lái)分析碳

6、鋼合金的平衡組織。,含碳量小于2.11的合金為碳鋼，含碳量大于2.11的合金為白口鑄鐵。所有碳鋼和白口鑄鐵在室溫下的組織均有鐵素體（Fe）和滲碳體（Fe,3,C）這兩個(gè)基本相。只是因含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對(duì)數(shù)量及分布形態(tài)有所不同，因而呈不同的組織形態(tài)。,四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 碳鋼合金的顯微組織是研究鋼鐵材料性,10,1、碳鋼的基本組織 （1）鐵素體（F）是碳在 中的固溶體。鐵素體為體心立方格。具有磁性及良好的塑性，硬度較低。用34硝酸酒精溶液侵蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮色的多邊形晶粒。（2）滲碳體（Fe,3,C）是鐵與碳形成的一種化合物，含碳量為6.69。用34硝酸酒精溶液侵蝕后，滲碳體呈

7、亮白色，若用苦味酸鈉溶液侵蝕，則滲碳體呈黑色而鐵素體仍為白色。（3）珠光體（P）是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，其組織是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。由杠桿定律可以求得鐵素體與滲碳體的含量比為8：1。因此，鐵素體厚，滲碳體薄。,1、碳鋼的基本組織 （1）鐵素體（F）是碳在 中的固溶,11,2、鐵碳合金室溫下顯微組織 （1）工業(yè)純鐵 含碳量0.0218，其顯微組織為鐵素體。（2）碳鋼 共析鋼：含鋼量為0.77。其顯微組織由單一地珠光體組成。亞共析鋼：含鋼量在0.02180.77范圍內(nèi)的碳鋼合金其組織由共析鐵素體和珠光體所組成，隨著含碳量的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，而珠光體的數(shù)量則相應(yīng)地增多。過共析鋼：含碳量在

8、0.77與2.11之間。其組織由珠光體和先共析滲碳體（即二次滲碳體）組成。鋼中含碳量越多，二次滲碳體數(shù)量就越多。組織中存在片狀珠光體和網(wǎng)絡(luò)狀二次滲碳體，經(jīng)侵蝕后珠光體成暗黑色，而二次滲碳體則呈白色網(wǎng)絡(luò)狀。,2、鐵碳合金室溫下顯微組織 （1）工業(yè)純鐵 含碳量0.,12,3、45鋼金相試樣的顯微組織圖1.7,45鋼屬于亞共析鋼，其組織由鐵素體和珠光體組成。其中經(jīng)過侵蝕后的珠光體呈黃褐色片層狀結(jié)構(gòu)，鐵素體呈亮白色（如圖1.7所示）。,圖1,.,7 45鋼室溫顯微組織,3、45鋼金相試樣的顯微組織圖1.7 圖1.7 45鋼室溫顯,13,實(shí)驗(yàn)二,45鋼的熱處理實(shí)驗(yàn),一、目的與要求,1、了解碳鋼普通熱處理

9、（退火、正火、淬火、回火）的操作方法。,2、掌握碳鋼在熱處理時(shí)加熱溫度、冷卻速度及回火溫度等主要因素對(duì)碳鋼熱處理后組織與性能的影響。,3、掌握金屬材料的硬度試驗(yàn)方法。,實(shí)驗(yàn)二 45鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)一、目的與要求,14,二、主要設(shè)備與儀器,圖2.1 SX-5-12變溫箱形電阻爐,主要技術(shù)參數(shù)：,工作室尺寸高深寬,(mm):,300200120,電壓（,V,）:,220,相數(shù)：,1,功率（,KW,）:,5,最高溫度（）:,1200,1、主要設(shè)備,（1）SX-5-12箱式電阻加熱爐（如圖2.1所示）,二、主要設(shè)備與儀器圖2.1 SX-5-12變溫箱形電阻爐主,15,圖2.2 HBRVU-187.5,布

10、洛維光學(xué)硬度計(jì),主要技術(shù)參數(shù)：,初試驗(yàn)力（N）：98；,總試驗(yàn)力（N）：588、980、1471；,布氏硬度試驗(yàn)力（N）：306、613、1839；,維氏硬度試驗(yàn)力（N）：294，588，980；,顯微鏡放大倍率：37.5倍、75倍；,（2）,HBRVU-187.5,布洛維硬度計(jì)（如圖2.2所示）,圖2.2 HBRVU-187.5布洛維光學(xué)硬度計(jì)主要技術(shù)參,16,主要技術(shù)參數(shù):,初試驗(yàn)力（N）：98N,總試驗(yàn)力（N）：588N、980N、1471N,總試驗(yàn)力保持時(shí)間（S）：1-30,讀數(shù)方式：數(shù)顯,電源電壓：AC220V/50HZ,試件允許最大高度：170mm,硬度值范圍,HRA：2088,H

11、RB：20100,HRC：2070,（3）,數(shù)顯洛氏硬度計(jì)（HRS-150）,主要技術(shù)參數(shù):（3）數(shù)顯洛氏硬度計(jì)（HRS-150）,17,2、其它儀器：,PHR-2便攜式洛式硬度計(jì)（如圖2.4所示）、熱處理用夾鉗、手套、水箱等。,2、其它儀器：,18,鋼的熱處理工藝特點(diǎn)是：將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)一段時(shí)間的保溫，然后以某種速度冷卻下來(lái)，通過這樣的工藝過程能使鋼的性能發(fā)生改變。1、碳鋼的普通熱處理工藝方法 1）鋼的退火 鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac,1,或Ac,3,線以上，保溫一段時(shí)間，然后緩慢地隨爐冷卻。此時(shí)，奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解，從而得到比較接近平衡狀態(tài)的組織。一般中碳鋼（如40、

12、45鋼）經(jīng)退火后消除了殘余應(yīng)力，組織穩(wěn)定，硬度較低（HB180220）有利于下一步進(jìn)行切削加工。,三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟,鋼的熱處理工藝特點(diǎn)是：將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)一段時(shí),19,2）鋼的正火 鋼的正火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac,3,或Ac,cm,線以上，保溫一段時(shí)間，然后進(jìn)行空冷。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體量相對(duì)較多，且片層較細(xì)密，故性能有所改善，細(xì)化了晶粒，改善了組織，消除了殘余應(yīng)力。對(duì)低碳鋼來(lái)說(shuō)，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對(duì)于高碳鋼，則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織準(zhǔn)備。3）鋼的淬火 鋼的淬火通常是把鋼加熱到臨界溫度A

13、c,1,或Ac,3,線以上，保溫一段時(shí)間，然后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻(V,冷,V,臨,)，以獲得具有高硬度、高耐磨性的馬氏體組織。,2）鋼的正火 鋼的正火通常是把鋼加熱到臨界溫,20,4）鋼的回火 鋼的回火通常是把淬火鋼重新加熱至Ac,1,線以下的一定溫度，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間的保溫后，冷卻到室溫的一種熱處理工藝。由于鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織硬而脆，并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接進(jìn)行磨削加工則往往會(huì)出現(xiàn)龜裂，一些精密的零件在使用過程中將會(huì)引起尺寸變化從而失去精度，甚至開裂。因此，淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得各種不同的性能。,4）鋼的回火 鋼的回火通常是把淬火鋼

14、重新加熱,21,2、碳鋼普通熱處理工藝 1）加熱溫度 碳鋼普通熱處理的加熱溫度，原則上按加熱到臨界溫度Ac,1,或Ac,3,線以上3050選定。但生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)工件實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。熱處理加熱溫度不能過高，否則會(huì)使工件的晶粒粗大、氧化、脫碳、變形、開裂等傾向增加。但加熱溫度過低，也達(dá)不到要求。,碳鋼普通熱處理的加熱溫度見下表所示。,2、碳鋼普通熱處理工藝 1）加熱,22,方 法,加 熱 溫 度(),應(yīng)用范圍,退 火,Ac,3,+(2060),亞共析鋼完全退火,Ac,1,+(2040),過共析鋼球化退火,正 火,Ac,3,+(50100),亞共析鋼,Ac,cm,+(3050),過共析鋼,淬 火

15、,Ac,3,+(3070),亞共析鋼,Ac,1,+(3070),過共析鋼,低溫回火,150250,刃具、模具、量具、高硬度零件,中溫回火,350500,彈簧、中等硬度零件,高溫回火,500650,齒輪、軸、連桿等綜合機(jī)械性能零件,表2-1碳鋼普通熱處理的加熱溫度,方 法加 熱 溫 度()應(yīng)用范圍退 火Ac3+(20,23,鋼號(hào),臨 界 點(diǎn) (),Ac,1,Ac,3,20鋼,735,855,45鋼,724,780,T8鋼,730,T12鋼,730,表2-2 常用碳鋼的臨界點(diǎn),臨 界 點(diǎn) ()Ac1Ac320鋼73585545鋼,24,2）加熱時(shí)間 熱處理的加熱時(shí)間（包括升溫與保溫時(shí)間）與鋼的成分

16、、原始組織、工件的尺寸與形狀、使用的加熱設(shè)備與裝爐方式及熱處理方法等許多因素有關(guān)。因此，要確切計(jì)算加熱時(shí)間是比較復(fù)雜的。在實(shí)驗(yàn)室中，熱處理加熱時(shí)間（包括加熱、保溫時(shí)間）通常按工件有效厚度，用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算加熱時(shí)間：,T,=,D,式中：,T,加熱時(shí)間（min）；,加熱系數(shù)（min/mm）；,D,工件有效厚度（mm）。,2）加熱時(shí)間 熱處理的加熱時(shí)間（包括升溫與保溫時(shí)間）,25,當(dāng)碳鋼工件D50 mm，在800960箱式電阻爐中加熱時(shí)，=11.2（min/mm）。回火的保溫時(shí)間要保證工件熱透并使組織充分轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)時(shí)組織轉(zhuǎn)變時(shí)間可取0.5h。,3）冷卻方法,（1）退火冷卻方式：鋼退火時(shí)，一般采用隨爐冷卻到600550以下再出爐空冷。,（2）正火冷卻方式：鋼正火時(shí)，一般采用在空氣中冷卻。,當(dāng)碳鋼工件D50 mm，在800960箱式電阻,26,（3）淬火冷卻方式：鋼淬火時(shí)，鋼在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的范圍內(nèi)（650550）的冷卻速度應(yīng)大于臨界冷卻速度，從而保證工件不轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織；而在Ms點(diǎn)附近的冷卻速度應(yīng)盡可能低，從而降低淬火內(nèi)應(yīng)力，減少工件變形與開裂。因此，淬火時(shí)，除了要選用合適的淬火冷卻