工程材料(2012机械修改版).ppt

1、工程材料实验,金属材料实验室,工程材料实验,铁碳合金平衡组织观察钢的热处理操作及硬度测试钢的热处理组织观察,实验一铁碳合金平衡组织观察,一、实验目的观察并熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织；了解并掌握铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征；分析并掌握平衡状态下铁碳合金的组织和性能之间的关系。,实验原理,一、铁碳合金相图原理概述（一）工业纯铁（图1）（二）碳钢共析钢、亚共析钢、过共析钢（图2）（三）白口铸铁共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁(图6),图1工业纯铁显微组织,图2珠光体光镜组织,图3珠光体电镜组织,二、实验概述,（a）20钢,（b）40钢,图4亚共析钢显微组织,图5过共

2、析钢显微组织,（a）,（b）,（a）共晶白口铁,（b）亚共晶白口铁,（C）过共晶白口铁,图6白口铸铁组织,实验一铁碳合金平衡组织观察,二、实验概述1相或组织：铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体分析各种相组分和组织组成物的特征碳钢：亚共析钢、共析钢、过共析钢白口铸铁：亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁区分：铁素体与渗碳体、各种渗碳体估算：亚共析钢中碳的质量分数,二、实验概述,2.放大倍数对组织形态的影响,高倍率下的珠光体,中倍率下的珠光体,二、实验概述,3.铁素体和渗碳体显微镜下的区别,亚共析钢中的铁素体,过共析钢中的二次渗碳体,二、实验概述,4.不同化学浸蚀剂对组织的影响,碱性苦味酸钠溶

3、液侵蚀的组织,T12钢的显微组织,4%硝酸酒精溶液侵蚀的组织,实验一铁碳合金平衡组织观察,三、实验仪器及材料主要仪器有：光学金相显微镜所用材料有：亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的显微组织样品各种碳钢和白口铸铁的金相图片。,实验一铁碳合金平衡组织观察,四、实验内容与步骤观察并判断6种平衡组织。用铅笔绘出指定6个样品的显微组织示意图，并用箭头和代表符号标明各组织组成物。注意要点:1.绘图时要抓住各种组织组成物形态的特征，用示意的方法去画，而不必像照相似的描绘其切实的影象。2.绘制组织示意图一律用铅笔，黑白颜色应与真实组织相对应，不能以黑代白或以白代黑。3.

4、绘制组织图必须在实验室内完成。利用杠杆定律估算出样品的碳质量含量。,实验一铁碳合金平衡组织观察,五、实验报告要求1.实验目的；2.实验用设备与材料3.实验内容及结果在直径为30mm的圆圈内，用铅笔画出6个样品的显微组织示意图。并用箭头和代表符号标明各组织组成物，同时注明样品成分、组织类别、侵蚀剂和放大倍数等；用杠杆定律估算含碳量4.完成试验指导书上的讨论题,金相显微镜原理、构造及使用金相试样的制备,附：,1.金相显微镜的原理、构造及使用,金相显微镜是进行金属显微分析的主要工具。研究金属组织与其成分和性能之间的关系；确定各种金属经不同加工及热处理后的显微组织；鉴别金属材料质量的优劣。金相显微镜是

5、利用光线的反射将不透明物件放大后进行观察的。,台式金相显微镜立式金相显微镜卧式金相显微镜,金相显微镜的分类,金相显微镜（4XB型）金相显微镜（4XC-TV型）,各种金相显微镜：,单目与双目光学金相显微镜,各种金相显微镜：,金相显微镜的构造,光学系统照明系统机械系统照相系统,1.金相显微镜的原理、构造及使用,金相显微镜是一种精密光学仪器，在使用时要求细心和谨慎，严格按照使用规程进行操作。将显微镜的光源插头接在低压（6V8V）变压器上，接通电源。根据放大倍数，选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜座上和目镜筒内，旋动物镜转换器，使物镜进入光路并定位（可感觉到定位器定位）。将试样放在样品台上中心，使观

6、察面朝下并用弹簧片压住。,1.金相显微镜的原理、构造及使用,转动粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观察，使物镜尽可能接近试样表面（但不得与之相碰），然后反向转动粗调手轮，使镜筒渐渐下降以调节焦距，当视场亮度增强时，再改用微调手轮调节，直到物象最清晰为止。适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物象。如果使用油浸系物镜，可在物镜的前透镜上滴一些松柏油，也可以将松柏油直接滴在试样上，油镜头用后，应立即用棉花沾取二甲苯溶液擦净，再用擦镜纸擦干。,2.金相显微试样的制备方法,为了能够在金相显微镜下真实地、清楚地观察到金属内部的显微组织，需要精心地制备金相显微试样。金相试样的制备过程主要步骤有：,2.金

7、相显微试样的制备方法,本实验金相试样制备过程的步骤如下:,实验二钢的热处理操作及硬度测试,实验二钢的热处理操作及硬度测试,实验目的：熟悉钢的几种基本热处理操作；研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。,实验概述：钢的热处理：通过钢在固态范围内的加热、保温和冷却操作，来改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的过程;普通热处理有：退火、正火、淬火、回火;热处理基本工艺要素：加热温度、保温时间和冷却方式;正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。,实验二钢的热处理操作及硬度测试,实验二钢的热处理操

8、作及硬度测试,热处理设备实验室用设备箱式电阻炉坩埚炉管式电阻炉,实验二钢的热处理操作及硬度测试,高温电阻炉台车式电阻炉外热井式硝盐炉,热处理生产用设备,铝管退火炉箱式气体渗碳炉自动生产线,实验二钢的热处理操作及硬度测试,实验概述：钢的热处理工艺曲线相关参数：加热温度保温时间冷却方式,实验概述：加热温度的选择,图3-1退火和正火的加热图3-2淬火的加热温度范围温度范围,实验概述：保温时间的选择,保温的意义：为了使工件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解奥氏体成分均匀化，必须在热处理加热温度下保温一定的时间。加热时间：工件升温所需时间和保温所需时间的总合。热处理加热时间的影响

9、因素：工件的尺寸和形状、使用的加热设备和装炉量、装炉时炉子的温度、钢的成分和原始组织、热处理的要求和目的等。在空气介质中加热升温达到指定温度后的保温时间，碳钢：按工件厚度(或直径)每毫米一分钟到一分半钟估算；合金钢：按每毫米两分钟估算。在盐浴炉中加热，保温时间则可缩短12倍。(参见表3-1),实验概述：冷却方法的选择,热处理时冷却方法（冷却速度）影响着钢的组织和性能。只有选择适当的冷却方法，才能获得所要求的组织和性能。退火冷却：一般采用随炉冷却。正火冷却：采用空气冷却，大件可用风冷却。淬火冷却：根据工件状况选择淬火介质。淬火介质不同冷却能力不同工件获得冷速不同合理选择冷却介质是保证淬火质量的关

10、键通常用室温的水作淬火介质,实验概述：回火加热温度的选择,回火的加热温度低温回火：加热温度为150250。中温回火：加热温度为350500。高温回火：加热温度为500650。,实验概述：碳钢热处理后的性能,碳钢热处理后的性能各种组织的硬度性能指标范围如下：珠光体1020HRC索氏体2225HRC屈氏体3642HRC马氏体6265HRC回火马氏体约60HRC（低温回火）回火屈氏体4048HRC（中温回火）回火索氏体2535HRC（高温回火）,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,硬度：金属材料抵抗比它硬的物体压入其表面的能力。硬度越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大。硬度是材料的力学性能指标之一，与

11、强度、塑性指标之间存在着内在联系。硬度试验简单易行，又不会损坏零件，在生产和科研中应用广泛。常用的硬度试验方法有：布氏硬度试验洛氏硬度试验维氏硬度试验显微硬度试验,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,布氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,布氏硬度表示符号通常HB。据压头材料不同，后缀不同字母，以示其试验条件。即：压头为钢球时用HBS，压头为硬质合金时用HBW。布氏硬度值的大小就是压痕单位面积上所承受的压力。单位为：kg/mm2或N/mm2，一般不标出。实验室只要测出压痕直径d（毫米），通过计算或查表即可得出HB值。布氏硬度试验方法和技术条件有相应的国家标准(表3-3

12、)实际测定时，据金属材料种类、试样硬度范围和厚度等，按照标准试验规范，选择钢球直径、载荷及保荷时间。,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,洛氏硬度试验是应用最广，和布氏硬度一样，也是一种压入硬度试验，但它不是测定压痕的面积，而是测量压痕的深度，以压入深度的大小表示材料的硬度值。洛氏硬度表示符号HR，为了可以用一种硬度计测定出从软到硬的金属材料硬度，采用不同的压头与总载荷组合成几种不同的洛氏硬度标度，每一种标度用一个字母标注在硬度符号HR后。即：HRA、HRB、HRC三种。洛氏硬度值为一无名数。并可从硬度计的表盘指示器上直接读出。洛氏硬度试验规范见表3-4。,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,布氏

13、硬度试验原理洛氏硬度试验原理,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,布氏硬度计洛氏硬度计,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,洛氏硬度试验与布氏硬度试验方法的优缺点比较：优点：洛氏硬度试验操作迅速简便，压痕较小，适宜成品检验。可以各种金属材料的硬度，也可以测量较薄工件或表面薄层的硬度。布氏硬度试验硬度值代表性全面，压痕面积较大，能反映较大范围内材料的平均性能。试验数据稳定，数据重复性强。缺点：洛氏硬度试验压痕面积较小，所测硬度值的代表性差，重复性差，分散度较大。布氏硬度试验压头采用的材料所限，而不能测试太硬的材料。压痕较大，不适宜成品检验。,实验概述：硬度试验与硬度计的使用,各种洛氏硬度之间，洛氏硬

14、度值与布氏硬度值之间都有一定的换算关系。对于钢铁材料，大致有下列关系式：HRC=2HRA104HB=10HRC（HRC=4060范围）HB=2HRB布氏硬度值和抗拉强度之间存在一定的换算关系（见表3-4）本实验使用的洛氏硬度计构造与操作方法见指导书P22。,实验二钢的热处理操作及硬度测试,实验设备及材料主要设备有：箱式电阻炉，坩埚电炉，洛氏硬度计，金相显微镜，长柄铁钳等。实验材料有：45钢和T10钢试样，钢的各种不平衡组织样品，金相图谱，冷却介质水和油，砂纸等。,实验二钢的热处理操作及硬度测试,实验内容按热处理实验任务中所列的工艺进行热处理操作实验；学会使用洛氏硬度计测定热处理后试样的硬度；实

15、验步骤参见实验指导书。要求：必须按操作规程进行实验，注意安全。,实验二钢的热处理操作及硬度测试,热处理实验任务表,实验二钢的热处理操作及硬度测试,实验报告要求实验目的；实验用设备与材料实验内容及结果按照指导书表格样式整理、列出全部实验资料；据实验资料分析淬火温度、淬火介质及回火温度对45钢性能的影响，并根据铁碳合金相图、C曲线（或CCT曲线）和回火时的转变说明硬度变化的原因；,实验三钢的热处理组织观察,实验三钢的热处理组织观察,实验目的：识别铁碳合金在不同热处理状态下的显微组织加深对TTT曲线的理解及非平衡状态下钢的成份、热处理工艺、组织之间的关系的认识。,实验三钢的热处理组织观察,实验概述：

16、碳钢经热处理后的组织大都是不平衡组织，因此，在研究热处理后的组织时，不但要使用铁碳相图，还要用钢的过冷奥氏体转变曲线来分析。,实验三钢的热处理组织观察,图245钢的CCT曲线,图145钢的TTT曲线,平衡状态组织：退火、正火组织如：铁素体珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体不平衡状态组织：淬火组织连续冷却时当冷却速度不太大时，形成珠光体类型的索氏体或屈氏体组织（共析钢）当冷却速度较快时，直接形成马氏体组织（碳在-Fe中的过饱和固溶体）等温冷却时在高温转变区产生珠光体型组织：珠光体、索氏体、屈氏体在中温转变区产生贝氏体组织：上贝氏体和下贝氏体,实验概述：碳钢热处理后的组织,实验概述：碳钢热处理后的

17、组织,碳钢的退火和正火组织45钢860炉冷组织45钢860气冷组织珠光体+铁素体索氏体+铁素体,实验概述：碳钢热处理后的组织,钢的淬火组织45钢860油冷组织45钢860水冷淬火组织马氏体+屈氏体马氏体,实验概述：碳钢热处理后的组织,钢的回火组织45钢860调质处理组织65钢淬火后中温回火组织回火索氏体回火屈氏体,粒状渗碳体+等轴形铁素体,粒状渗碳体+针（片）形铁素体,实验概述：碳钢热处理后的组织,T12钢的球化退火和淬火后低温回火组织球化退火组织水淬+低温回火组织球化体回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体,实验概述：碳钢热处理后的组织,低温回火组织为回火马氏体，回火马氏体易受侵蚀，组织呈暗色针

18、状。回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性较淬火马氏体有明显改善。中温回火组织为回火屈氏体，回火屈氏体有较好的强度，最高的弹性，较好的韧性。高温回火组织的回火索氏体，回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。注意：回火索氏体和回火屈氏体与索氏体和屈氏体在显微组织形态上是不同的，前者中的渗碳体呈粒状而后者则为片状。,实验三钢的热处理组织观察,实验设备及材料主要设备有：金相显微镜，实验材料有：20钢、45钢和T12钢等钢材试样，钢的各种不平衡组织样品。观察不同材料在不同热处理状态下的显微组织，识别其组织组分及形态特征。,实验三钢的热处理组织观察,实验报告要求实验目的；实验用设备与材料实验内容及结果按照指导书表格样式整理、列出全部实验资料；画出7、11、12、15号件的组织示意图，注明组织特征；讨