<工程資料>課程實驗聊城大學汽車與交通工程學院<工程資料>課程組張蘭江實驗內容實驗一45鋼金相樣品制備及其平衡組織察看實驗二45鋼的熱處置實驗實驗一45鋼金相樣品制備及其平衡組織察看一、目的與要求1.初步掌握金相樣品制備的根本方法。2．熟習金相顯微鏡的根本原理及運用方法。3．初步認識金相顯微鏡下45鋼的組織特征。圖1.1XQT透反射顯微鏡主要技術參數：總放大倍數：125x~1560x

目鏡：10x平場目鏡、12.5x廣角平場目鏡、10x分劃目鏡物鏡：10x、40x、100x平場消色差物鏡二、主要設備與儀器

1、主要設備〔1〕XQT透反射顯微鏡〔如圖1.1所示〕圖1.2XJP-3A金相顯微鏡主要技術參數：總放大倍率：1250x目鏡：5x、10x、12.5x分劃目鏡：10x平場消色差物鏡：10x、40x、100x電源：220V，6V/15W鹵素燈〔2〕XJP-3A金相顯微鏡〔如圖1.2所示〕圖1.3XJG-05大型金相顯微鏡圖1.4金相圖像分析系統〔3〕XJG-05型大型金相顯微鏡＋TDY－J金相分析軟件〔如圖1.3、圖1.4所示〕圖1.5PW-1B磨拋機主要技術參數：砂紙直徑：230mm拋盤直徑：220mm轉速：50/1400r/min〔無級〕電動機：80變頻電機三相220V0～50Hz〔4〕PW-1B型柜式多能磨拋機〔如圖1.5〕〔5〕QG-3金相試樣切割機〔如圖1.6所示〕圖1.6QG-3切割機主要技術參數：最大切割截面：Φ85mm轉速：2800/min砂輪片規格：300×1.5×32mm電動機：Y100L2-2電源：380V功率：3kW2、其它儀器金相砂紙、4%的硝酸酒精溶液、吹風機、醫用脫脂棉、鑷子等。三、實驗內容與步驟1、金相試樣的制備金相樣品的制備過程普通包括取樣、鑲嵌、粗磨、細磨、拋光和腐蝕步驟。2、察看金相試樣的顯微組織金相試樣制備好后，用吹風機對其枯燥，然后預備察看其顯微組織構造。〔1〕根據察看試樣所需的放大倍數，選擇物鏡和目鏡；〔2〕然后將試樣放在載物臺中心，使載物臺中心與物鏡中心對正，試樣被察看面向下；〔3〕轉動粗調焦距手輪降低載物臺，使試樣外表接近物鏡；再漸漸反向轉動手輪至目鏡中出現模糊的影像；最后悄然轉動微調焦距手輪，直至看到明晰的組織；〔4〕使載物臺前后左右挪動，察看試樣的不同部位，找出具有代表性的顯微組織，并畫出試樣的顯微組織表示圖。四、實驗結果與分析碳鋼合金的顯微組織是研討鋼鐵資料性能的根底。碳鋼合金平衡形狀的組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下〔如退火形狀〕所得到的組織，其相變過程均按相圖進展，因此可以根據該相圖來分析碳鋼合金的平衡組織。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。一切碳鋼和白口鑄鐵在室溫下的組織均有鐵素體〔Fe〕和滲碳體〔Fe3C〕這兩個根本相。只是因含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對數量及分布形狀有所不同，因此呈不同的組織形狀。1、碳鋼的根本組織

〔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3％～4％硝酸酒精溶液侵蝕后，在顯微鏡下呈現亮堂色的多邊形晶粒。

〔2〕滲碳體〔Fe3C〕是鐵與碳構成的一種化合物，含碳量為6.69％。用3％～4％硝酸酒精溶液侵蝕后，滲碳體呈亮白色，假設用苦味酸鈉溶液侵蝕，那么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械混合物，其組織是共析轉變的產物。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。2、鐵碳合金室溫下顯微組織

〔1〕工業純鐵含碳量﹤0.0218％，其顯微組織為鐵素體。

〔2〕碳鋼

①共析鋼：含鋼量為0.77％。其顯微組織由單一地珠光體組成。

②亞共析鋼：含鋼量在0.0218％～0.77％范圍內的碳鋼合金其組織由共析鐵素體和珠光體所組成，隨著含碳量的添加，鐵素體的數量逐漸減少，而珠光體的數量那么相應地增多。

③過共析鋼：含碳量在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，二次滲碳體數量就越多。組織中存在片狀珠光體和網絡狀二次滲碳體，經侵蝕后珠光體成暗黑色，而二次滲碳體那么呈白色網絡狀。3、45鋼金相試樣的顯微組織圖1.745鋼屬于亞共析鋼，其組織由鐵素體和珠光體組成。其中經過侵蝕后的珠光體呈黃褐色片層狀構造，鐵素體呈亮白色〔如圖1.7所示〕。圖1.745鋼室溫顯微組織實驗二45鋼的熱處置實驗一、目的與要求1、了解碳鋼普通熱處置〔退火、正火、淬火、回火〕的操作方法。2、掌握碳鋼在熱處置時加熱溫度、冷卻速度及回火溫度等主要要素對碳鋼熱處置后組織與性能的影響。3、掌握金屬資料的硬度實驗方法。二、主要設備與儀器圖2.1SX-5-12變溫箱形電阻爐主要技術參數：任務室尺寸高×深×寬(mm):300×200×120電壓〔V〕:220相數：1功率〔KW〕:5最高溫度〔℃〕:12001、主要設備〔1〕SX-5-12箱式電阻加熱爐〔如圖2.1所示〕圖2.2HBRVU-187.5布洛維光學硬度計主要技術參數：初實驗力〔N〕：98；總實驗力〔N〕：588、980、1471；布氏硬度實驗力〔N〕：306、613、1839；維氏硬度實驗力〔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〔如圖2.2所示〕主要技術參數:初實驗力〔N〕：98N總實驗力〔N〕：588N、980N、1471N總實驗力堅持時間〔S〕：1-30讀數方式：數顯電源電壓：AC220V/50HZ試件允許最大高度：170mm硬度值范圍HRA：20～88HRB：20～100HRC：20～70〔3〕數顯洛氏硬度計〔HRS-150〕2、其它儀器：PHR-2便攜式洛式硬度計〔如圖2.4所示〕、熱處置用夾鉗、手套、水箱等。鋼的熱處置工藝特點是：將鋼加熱到一定的溫度，經一段時間的保溫，然后以某種速度冷卻下來，經過這樣的工藝過程能使鋼的性能發生改動。

1、碳鋼的普通熱處置工藝方法

1〕鋼的退火

鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac1或Ac3線以上，保溫一段時間，然后緩慢地隨爐冷卻。此時，奧氏體在高溫區發生分解，從而得到比較接近平衡形狀的組織。普通中碳鋼〔如40、45鋼〕經退火后消除了剩余應力，組織穩定，硬度較低〔HB180～220〕有利于下一步進展切削加工。三、實驗內容與步驟2〕鋼的正火

鋼的正火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac3或Accm線以上，保溫一段時間，然后進展空冷。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較多，且片層較細密，故性能有所改善，細化了晶粒，改善了組織，消除了剩余應力。對低碳鋼來說，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件外表光潔度；對于高碳鋼，那么正火可消除網狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織預備。

3〕鋼的淬火

鋼的淬火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac1或Ac3線以上，保溫一段時間，然后放入各種不同的冷卻介質中快速冷卻(V冷＞V臨)，以獲得具有高硬度、高耐磨性的馬氏體組織。4〕鋼的回火

鋼的回火通常是把淬火鋼重新加熱至Ac1線以下的一定溫度，經過適當時間的保溫后，冷卻到室溫的一種熱處置工藝。

由于鋼經淬火后得到的馬氏體組織硬而脆，并且工件內部存在很大的內應力，假設直接進展磨削加工那么往往會出現龜裂，一些精細的零件在運用過程中將會引起尺寸變化從而失去精度，甚至開裂。因此，淬火鋼必需進展回火處置。

不同的回火工藝可以使鋼獲得各種不同的性能。2、碳鋼普通熱處置工藝

1〕加熱溫度

碳鋼普通熱處置的加熱溫度，原那么上按加熱到臨界溫度Ac1或Ac3線以上30～50℃選定。

但消費中，應根據工件實踐情況作適當調整。

熱處置加熱溫度不能過高，否那么會使工件的晶粒粗大、氧化、脫碳、變形、開裂等傾向添加。但加熱溫度過低，也達不到要求。

碳鋼普通熱處置的加熱溫度見下表所示。方法加熱溫度(℃)應用范圍退火Ac3+(20~60)亞共析鋼完全退火Ac1+(20~40)過共析鋼球化退火正火Ac3+(50~100)亞共析鋼Accm+(30~50)過共析鋼淬火Ac3+(30~70)亞共析鋼Ac1+(30~70)過共析鋼低溫回火150~250刃具、模具、量具、高硬度零件中溫回火350~500彈簧、中等硬度零件高溫回火500~650齒輪、軸、連桿等綜合機械性能零件表2-1碳鋼普通熱處置的加熱溫度鋼號臨界點(℃)Ac1Ac320鋼73585545鋼724780T8鋼730——T12鋼730——表2-2常用碳鋼的臨界點2〕加熱時間

熱處置的加熱時間〔包括升溫與保溫時間〕與鋼的成分、原始組織、工件的尺寸與外形、運用的加熱設備與裝爐方式及熱處置方法等許多要素有關。因此，要確切計算加熱時間是比較復雜的。在實驗室中，熱處置加熱時間〔包括加熱、保溫時間〕通常按工件有效厚度，用以下閱歷公式計算加熱時間：

T=αD

式中：T——加熱時間〔min〕；

α——加熱系數〔min/mm〕；

D——工件有效厚度〔mm〕。當碳鋼工件D≤50mm，在800~960℃箱式電阻爐中加熱時，α=1~1.2〔min/mm〕。回火的保溫時間要保證工件熱透并使組織充分轉變。實驗時組織轉變時間可取0.5h。3〕冷卻方法〔1〕退火冷卻方式：鋼退火時，普通采用隨爐冷卻到600～550℃以下再出爐空冷。〔2〕正火冷卻方式：鋼正火時，普通采用在空氣中冷卻。〔3〕淬火冷卻方式：鋼淬火時，鋼在過冷奧氏體最不穩定的范圍內〔650～550℃〕的冷卻速度應大于臨界冷卻速度，從而保證工件不轉變為珠光體型組織；而在Ms點附近的冷卻速度應盡能夠低，從而降低淬火內應力，減少工件變形與開裂。因此，淬火時，除了要選用適宜的淬火冷卻介質外，還應改良淬火方法。對外形簡單的工件，常采用簡易的單液淬火法，如碳鋼用水或鹽水液作冷卻介質，合金鋼常用油作冷卻介質。

〔4〕回火冷卻方式：碳鋼回火時，普通采用在空氣中冷卻。3、實驗步驟

1〕每組學生領取實驗試樣45鋼3塊，并打上鋼號，以免混淆。

2〕丈量每塊45鋼試樣的初始硬度并作好記錄。

3〕將45鋼試樣放到箱式電阻爐中加熱到820～840℃，保溫15分鐘，然后分別進展爐冷、空冷和水冷，其后，分別測定其硬度，并作好記錄。鋼號初始硬度HRC加熱溫度（℃）保溫時間（min）冷卻方法硬度HRC1爐冷2空冷3水冷四、結果與分