材料综合实验报告.docx

内科大材料综合实验报告内蒙古科技大学本科生材料综合实验报告题目：压下量和冷却方式对低碳钢组织和硬度的影响专业：材料成型及控制工程姓名：孙明瑞班级：一班学号：1161142102指导老师：刘永珍一、前言:本研究通过实验室二辊可逆轧机对Q235、Q345低碳钢进行轧制实验，了解压下量和冷却方式对组织和硬度的影响规律。二、实验材料：本实验材料所用试样为低合金钢Q235、Q345，其主要成分见表1、2。表1 Q235化学成分 %牌号 C Mn Si S PQ235 0.120.22 0.300.60 0.30 0.04 0.04表2 Q345化学成分 %牌号 C Mn Si S PQ345 0.180.20 1.001.60 0.55 0.04 0.04三、实验方案：把试样Q235、Q345放入加热炉中加热，当炉温达到1050、950时，保温20分钟，在取出试样前调整好二辊可逆式实验轧机。保温完成后取出试样在轧机中进行轧制，压下量分别为25.5%、20.8%，轧制完成后空冷至室温。之后将试样切割，打磨，抛光，腐蚀。然后把经过一系列处理之后的试样放在金相显微镜下观察，如果有清晰的组织就可以进行拍照标注。四、实验设备及器材： 1.金相切割机QG-2金相试样切割机（以下简称切割机）是利用高速旋转的薄片砂轮来截取金相试样，它广泛地适用于金相实验室切割各种金属材料。由于本机附有冷却装置，用来带走切割时所产生的热量，因而避免了试样遇热而改变其金相组织。2.加热炉（箱式炉）：主要供金属机件或合金钢机件在空气中进行热处理加工之用。与控制柜配合使用，可手动或自动控制电炉的温度。箱式电阻炉结构主要由炉体、炉衬、炉底板、加热元件、炉门及控制系统等部分组成。3.二辊可逆式实验轧机：二辊轧机分为可逆式和不可逆式，现在一般都是采用可逆式。二辊轧机主要是通过两个旋转的轧辊将轧件咬入轧机，实现来料尺寸的变化完成轧钢的。轧制板材时轧辊工作面是平面，通过压下装置调节辊缝大小来实现板材厚度的变化。五、实验步骤:1.试样准备和切割镶嵌:将准备的试样切割，后用镶嵌机镶嵌成成品。2.加热:（1）将加热炉手动控制，预设炉内温度为1050、950。（2）将加热炉设置成自动控制进行加热。（3）安排两人随时观察加热炉，保证电流不超过25A，若有异常则立即关闭加热炉，改为手动控制，电流正常以后再改为自动控制。（4）当炉温达到预设温度并保温完成后，取出试样在轧机上进行轧制。（5）轧制完成后，轧件空冷。3.轧制Q235轧制参数表试样编号试样代号及厚度尺寸（mm）轧制温度轧制道次道次压下率冷却方式轧前厚度轧后厚度1号9.667.201050125.5%水冷2号9.667.20105025.5%空冷试样编号试样代号及厚度尺寸（mm）轧制温度轧制道次道次压下率冷却方式轧前厚度轧后厚度1号7.705.80950124.7%空冷2号7.706.1095020.8%空冷Q345轧制参数表4.磨样、抛光:（1）将冷却后的试样用切割机分块儿切开并用打磨机进行打磨，将尖角部分打磨掉，并且打磨出一个比较平整的平面。（2）将试样用砂纸进行打磨，先用120的砂纸，然后分别用是240、 400、600、800的砂纸进行打磨。（3）再一张砂纸上打磨时，保证始终在一个方向上，一个平面上进行打磨。（4）当一张砂纸打磨的只有一个方向上的划痕时，换较细的砂纸打磨，此时方向必须旋转90，当将前面的划痕完全盖住时，即可换另一张较细的砂纸打磨，以下操作依次进行。（5）用最后一张砂纸打磨石，可以水磨，磨完以后，表面平整无划痕方可。（6）用抛光机进行抛光，在抛光时，一边抛光，一边向抛光机上加水和抛光液，加水防止试样表面温度过高而氧化，抛光液中有小颗粒，有助于试样抛光。（7）试样抛光以后表面光滑如镜且无划痕即可。5.腐蚀与拍照:（1）将抛光后的试样用酒精溶液清洗干净，然后用吹风机吹干；（2）把4的硝酸酒精溶液滴在试样表面，晃动使溶液均匀，便于腐蚀；（3）5-10分钟后用酒精溶液清洗试样，迅速用吹风机吹干；（4）将试样置于光学显微镜镜头上方，调整焦距，便可以在电脑上清晰地观察到试样的显微组织；（5）调整显微镜，使镜头上下左右移动，观察显微组织，选出效果好的部分显微组织进行拍照；（6）选出不同的放大倍数进行拍照，分别为200、500、1000倍；（7）拍完以后进行标注。六、实验结果分析：1.观察和分析Q235相同压下量，不同冷却方式的金相组织采用相同的压下，通过不同的冷却方式（空冷和水冷两种方式）来观察所获得的组织，分析组织不同的原因。图1为Q235钢1050加热，热轧钢压下率为25.5%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数200倍，图2为Q235钢1050加热，热轧钢压下率为25.5%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数500倍，图3为Q235钢1050加热，热轧钢压下率为25.5%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数1000倍。（a）空冷 放大倍数200 （b）水冷 放大倍数200图1 Q235钢1050加热，压下25.5%空冷与水冷的组织对比，放大倍数200倍。（c）空冷 放大倍数500 (d)水冷 放大倍数500图2 Q235钢1050加热，压下25.5%空冷与水冷的组织对比，放大倍数500倍。(e)空冷 放大倍数1000 （f）水冷 放大倍数1000图3 Q235钢1050加热，压下25.5%空冷与水冷的组织对比，放大倍数1000倍。由a b c d e f 六图可以观察到马氏体组织。对于Q235钢亚共析钢来说，水冷属于淬火。对淬火工艺而言，在钢加热到1050后，组织完全奥氏体化。其后冷却速度大于临界淬火速度，得到马氏体和残留奥氏体组织。由a b c d e f 六图可以观察到黑色的珠光体和白色的铁素体。对于Q235低合金钢来说，空冷属于正火，空冷后的组织就为珠光体和少量的铁素体。由于冷却的速度较快，所以组织中铁素体较少，珠光体组织较细。2.观察和分析Q345不同压下量，相同冷却方式的金相组织采用相同的冷却方式（空冷），不同的压下来观察所获得的组织，分析组织不同的原因。a b为Q345钢950加热，热轧钢压下率分别为20.8%、24.7%，空冷的金相组织对比，放大倍数200倍，c d为Q345钢950加热，热轧钢压下率分别为20.8%、24.7%，空冷的金相组织对比，放大倍数500倍，e f为Q345钢950加热，热轧钢压下率分别为20.8%、24.7%，空冷的金相组织对比，放大倍数1000倍。（a）Q345压下量20.8%，空冷，放大倍数200倍（b）Q345压下量24.7%，空冷，放大倍数200倍（c）Q345钢热轧压下量20.8%，空冷，放大倍数500倍（d）Q345钢热轧压下量24.7%，空冷，放大倍数500倍（e）Q345钢热轧压下量20.8%，空冷，放大倍数1000倍（f）Q345钢热轧压下量24.7%，空冷，放大倍数1000倍由上图可知，热轧低碳钢Q345空冷后的组织为珠光体和少量的铁素体，临界变形量（2%10%）是能发生再结晶的最小变形量。当变形量小于2%10%，不发生再结晶；当变形量为2%10%，再结晶后晶粒粗大；当变形量大于2%10%，随变形量增加，晶粒变细。2分析造成金相组织不同的原因（1）对Q235轧后冷却速度对轧后组织的影响：图2 低碳钢冷却曲线由冷却曲线可知，不同的冷却速度对轧后组织有很大的影响。1号样为水冷，2号样为空冷。由于水冷冷却速度大于空冷冷却速度。根据冷却曲线图可看出水冷冷却曲线不经过珠光体转变区和贝氏体转变区，直接降低到Ms点以下发生马氏体转变，得到淬火马氏体组织。2号样为空冷，空冷冷却曲线经过珠光体转变区，发生珠光体转变得到珠光体组织。（2）对Q345轧制压下量对轧后组织的影响:临界变形量（2%10%）是能发生再结晶的最小变形量。当变形量小于2%10%，不发生再结晶；当变形量为2%10%，再结晶后晶粒粗大；当变形量大于2%10%，随变形量增加，晶粒变细。1号样为24.7%变形量，2号样为20.8%变形量。所以1号样晶粒比2号样晶粒细小。3分析不同冷却速度对硬度的影响不同压下，不同冷却速度的硬度如下表所示量下压度硬冷却H125%H225%H325%空冷878688水冷87.486.588.7由表3数据可知，相同压下量，水冷后得到的组织硬度比空冷的硬度高，冷却速度不一样钢发生固态转变的温度也不一样，得到的组织也有很大差异，一般来说冷却速度越快，钢转变的温度越低，转变后得到的组织的硬度也越高。主要是因为转变温度越低，原子的活动能力也越低，得到的组织就越细，比如珠光体型组织的层片间距就随形成温度的降低而变小，如果冷却速度足够大就可以发生马氏体转变而得到马氏体，它的硬度会更高。4实验误差分析1实验时轧制温度不够精确；2金相组织有黑点，腐蚀工作没有做好；3组织及晶界不太清楚，磨得不到位；4压下不够用精确导致误差；5从加热炉中取出时，可能有温降；七、总结三周的综合实验即将结束，从坯料加热到最后的观察组织，整个过程都使我受益匪浅，首先是制定实验的方案，通过查找书籍和搜索相关资料，整合优化，去伪存真，终于找到了适合的方案，然后又切身体会了制作样品的过程，亲自加热冷却，结合书本的知识懂得了更多，了解的更深入，理论结合实际不断丰富了我的实践经验。在这三周里不仅巩固了知识，也提高了动手能力，并且让我懂得了做事情要有足够的耐心和细心。通过这三周的实验，我了解到了轧制的一般过程，学会了如何制备金相试样，以及如何观察金相组织。我自己也动手制备了金相试样，亲自操作金相显微镜观察金相组织并取得照片在实验的过程中，从磨试样到观察组织，我反复做了好几次，特别是在磨试样时，总是出现划痕，而且腐蚀时总是掌握不好分寸。不过，最终还是成功的做出了试样。得到了正确的组织。实验的过程中，通过实际动手，我学会了使用加热炉、砂轮机、轧机、切割机、显微镜等设备。这次综合实验是我们将课本所学知识运用到实际中的大好机会，也确实获得了非常宝贵的实践经验，增强了自身的动手能力。最后，感谢李慧琴老师在这三周里的指导和帮助，也感谢小组内其他成员的相互帮助。八、参考文献：