材料科学与工程基础实验报告

郑州航院材料成型及控制工程专业 材料科学与工程基础实验 实 验 报 告 学生姓名 学生学号 所在学院 机电工程 报告日期 2012 1 15 一 综述 1 马氏体组织综述 马氏体是将钢加热到一定温度 形成奥氏体 后经迅速冷却 淬火 得到的能 使钢变硬 增强的一种淬火组织 马氏体通常有片状 板条状 但金相观察中 通常表现为针状 高的强度和硬度是马氏体的主要特征之一 通常低碳马氏体 具有良好的强度和一定的韧性 高碳马氏体强度高 韧性大 一般淬火钢经低 温回火所得组织为回火马氏体 其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的 前提下 降低其淬火内应力和脆性 以免使用时崩裂或过早损坏 它主要用于 各种高碳的切削刃具 量具 冷冲模具 滚动轴承以及渗碳件等 索氏体是钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物 索氏体 组织属于珠光体类型的组织 但其组织比珠光体组织细 索氏体具有良好的综 合机械性能 淬火钢高温回火所得组织为回火索氏体 习惯上将淬火钢加高温 回火相结合的热处理工艺称为调质 其目的是获得强度 硬度 塑性和韧性都 较好的综合机械性能 因此 广泛用于汽车 拖拉机 机床等的重要结构零件 如连杆 螺栓 齿轮及轴类 回火后硬度一般为 HB200 330 屈氏体是通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混 合物 是一种最细的珠光体类型组织 其组织比索氏体组织还细 淬火钢 经中温回火所得组织为回火屈氏体 其目的是获得高的屈服强度 弹性极限和 较高的韧性 因此 它主要用于各种弹簧和热作模具的处理 回火后硬度一般 为 HRC35 50 2 索氏体组织综述 索氏体是钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物 索氏体组 织属于珠光体类型的组织 但其组织比珠光体组织细 索氏体具有良好的综合机 械性能 淬火钢高温回火所得组织为回火索氏体 习惯上将淬火钢加高温回火 相结合的热处理工艺称为调质 其目的是获得强度 硬度 塑性和韧性都较好的 综合机械性能 因此 广泛用于汽车 拖拉机 机床等的重要结构零件 如连 杆 螺栓 齿轮及轴类 回火后硬度一般为 HB200 330 二 实验过程 1 热处理加工方法 过程 以 45 钢为例 1 淬火 将试样置于 840 C 炉膛内 保温 15 分钟左右 取出试样对其进行水冷 2 低温回火 将试样置于 200 C 炉膛内保温 30 分钟左右 取出试样空冷 3 中温回火 将试样置于 400 C 炉膛内保温 30 分钟左右 取出试样空冷 4 高温回火 将试样置于 560 C 炉膛内保温 30 分钟左右 取出试样空冷 5 正火 将试样置于 800 C 炉膛内 保温 50 分钟左右 取出试样空冷 6 退火 将试样置于 850 C 炉膛内 保温 3 小时 30 分钟 随炉冷却至 500 C 后取出试 样空冷 2 硬度测试方法 过程 将经过热处理以后的钢试样擦磨去除表面污垢和氧化层后 置于洛氏硬度 机上测量硬度 为了减小测量误差 应进行多次测量 记录数据 3 金相试样加工方法 过程 将待观察试样表面沿着一个方向分别进行粗磨和精磨 除去表面的明显的 凹坑和划痕 获得光洁的试样平面 于金相显微镜下观察无可见划痕和凹坑后 置于磨抛机上抛光 消除细小划痕 待摩抛完成后 将待观察表面使用成分 5 的稀硝酸进行腐蚀一分钟左右 用清水 必要时用酒精 进行清洗表面 然后 将试样放于金相显微镜下观察其组织 三 实验结果 1 热处理加工结果 A T8 钢淬火后得到马氏体和残余的奥氏体 其硬度 强度高 塑性 韧 性差 低温回火得到稳定的回火马氏体组织 其强度 硬度高 耐磨性好 但塑 性 韧性相对提高 中温回火得到回火屈氏体组织 其强度 硬度下降但仍比较高 塑性 韧 性好 高温回火得到回火索氏体组织 其综合机械性能良好 这种处理又称为调 质处理 正火后得到索氏体组织 退火后得到珠光体 渗碳体组织 B 45 号钢经正常淬火后得到马氏体组织 淬火后经 200 回火后得到回火马氏体组织 淬火后经 440 回火后得到屈氏体或贝氏体组织 淬火后经 560 回火后得到回火索氏体组织 正火后得到索氏体组织 退火后得到珠光体 铁素体组织 2 硬度测试结果 T8 钢工艺 硬度 HRC 1234 平均 淬火 63 864 464 564 9 64 4 低温回火 57 658 058 258 458 1 中温回火 37 438 737 839 638 4 高温回火 22 022 623 222 422 6 正火 23 222 125 423 823 6 球化退火 24 822 825 724 224 4 45 钢工艺 硬度 HRC 1234 平均 淬火 55 055 555 7 55 455 4 低温回火 49 349 049 049 249 1 中温回火 34 233 733 233 433 6 高温回火 25 725 826 425 925 9 正火 16 018 219 018 017 8 完全退火 15 115 212 013 013 8 3 组织分析结果 T8 钢工艺照片 淬火马氏体 淬火 回火马氏体 低温回火 回火屈氏体 中温回火 回火索氏体 高温回火 珠光体 正火 层状珠光体 球状珠光体 退火 45 钢工艺照片 淬火马氏体 淬火 回火马氏体 低温回火 回火屈氏体 中温回火 回火索氏体 高温回火 珠光体类组织 正火 珠光体 铁素体 退火 四 实验结果分析 1 T8 钢硬度 组织 硬度单位 HRC 1234 平均 淬火 63 864 464 564 9 马氏体 低温回火 57 658 058 258 4 回火马氏体 中温回火 37 438 737 839 6 回火屈氏体 高温回火 22 022 623 222 4 回火索氏体 正火 23 222 125 423 8 索氏体 球化退火 24 822 825 724 2 珠光体 注 淬火时由于冷速较快 大于 C 曲线的临界冷却速度 所以可以得到马氏体 低温回火时由于回火温度较低 马氏体恢复不完全 所以得到的是回火马 氏体 中温回火温度稍高 回复也稍多得到了回火屈氏体 内应力也有所消除 当高温回火时温度较高 回复较彻底 得到的铁素体中时球状的渗碳体 因此其性能较好 正火温度在 AC1 以上 冷却为空冷 冷速较慢所以根据 C 曲线得到索氏体 退火温度在高 冷却方式为炉冷和空冷 冷速最慢 所以得到接近平衡组 织 2 45 钢硬度 组织 硬度单位 HRC 1234 平均 淬火 55 055 555 7 55 4 马氏体 低温回火 49 349 049 049 2 回火马氏体 中温回火 34 233 733 233 4 回火屈氏体 高温回火 25 725 826 425 9 回火索氏体 正火 16 018 219 018 0 索氏体 完全退火 15 115 212 013 0 珠光体 注 淬火时由于冷速较快 大于 C 曲线的临界冷却速度 所以可以得到马氏体 低温回火时由于回火温度较低 马氏体恢复不完全 所以得到的是回火马 氏体 中温回火温度稍高 回复也稍多得到了回火屈氏体 内应力也有所消除 当高温回火时温度较高 回复较彻底 得到的铁素体中时球状的渗碳体 因此其性能较好 正火温度在 AC1 以上 冷却为空冷 冷速较慢所以根据 C 曲线得到索氏体 退火温度在高 冷却方式为炉冷和空冷 冷速最慢 所以得到接近平衡组 织 3 硬度 组织横向 纵向比较 硬度横向 纵向比较 对实验数据分析可以得出 含碳量相同的钢 45 钢 或 T8 钢 随着热处理工序淬火 低温回火 中温回火 高温回火的进行 其硬 度逐渐降低 含碳量不同的钢 45 钢和 T8 钢 在相同实验条件下 其硬度值 也是不相同的 随着含碳量的增加 硬度逐渐增加 组织的横向 纵向比较 含碳量相同的钢 在不同热处理条件 淬火 低 温回火 中温回火 高温回火 后 其组织依次依次为 马氏体 回火马氏体 回火屈氏体 回火索氏体 这些组织的强度 硬度逐渐下降 塑性 韧性逐渐 上升 回火索氏体具有良好的综合机械性能 五 结论 根据 T8 钢和 45 钢热处理实验结果 可以得出如下结论 1 不同热处理得到的硬度和组织是不同的 2 通常情况下 因为含