机械工程材料综合性开放性设计性实验(ppt 49页).ppt

1、机械工程材料的综合开放性设置改进性实验、一实验目的、二实验条件、三实验内容和程序、四实验报告要求、五实验内容简单、六硬度试验简单、七金相试样制备简单、八光学金相显微镜简单、一实验目的、本次实验为综合性、开放性、设置改进性实验。 运用已经学到的机械工程材料的基本理论知识，参照相关资料，根据设定的零件的结构形状、尺寸及力学性能指标进行综合分析后，准确选择材料的合理热处理技术规范和制定实施途径的热处理选择加热设备检测试样的硬度自己动手，独立进行热处理为提高学生的分析问题和解决问题以及实际插手能力，根据零件的结构形状、尺寸及其力学性能要求准确选择材料，了解并初步掌握制定热处理工艺规范的一般原则和金属材

2、料的化学成分、热处理工艺、显微组织与力学性能的关系。 第二实验条件：1)连杆螺栓(图1):3038HRC(263322HBS )； 2 )滚动轴承轨道圈： 6165HRC； 3 )手锯刀： 6062HRC； 4 )手动抽头(图2 ) :齿部6062HRC、柄部3045HRC； 5 )机用板齿(图3): 5963HRC； 6 )半轴(图4 ) :杆部3744HRC、盘部外周2434HRC； 7 )机床的传动齿轮(m=4，图5 ) :齿部4558HRC，其辅助部位3042HRC； 8 )活塞销(图6 ) :表面硬度59-62HRC、心部硬度2430HRC； 9)20mm冷冲头(图7 ) :最终热处

3、理后的硬度如图7所示。 10 )汽车板簧(图8:)4145HRC。 (详见实验指导书)，(1)机械部件及其性能指标：二实验条件，(2)，实验材料及仪器设备，实验材料： 45钢，T10A钢，20Cr，9SiCr，q 235，60 s I2Mn，仪器设备：高、中、低温箱型电阻炉及其相应炉温测定器淬火用油，水及其观察了为了制备从洛氏硬度修正炉出来的加入铁剪子和钩子的金相试料所必需的设备、金相砂纸以及蚀刻剂金相显微组织用的台式光学金相显微镜等。 三、实验内容和程序按照以下实验内容和程序进行：1、建立分析零件的服务条件和力学性能要求的选用及其分析零件的生产工艺、热处理工艺规范，选择进行理论分析和讨论的热

4、处理加热设备和工装夹具选择该零件常见的热处理缺陷及其预防措施零件热处理这些内容以书面小论文的形式完成后，可以请指导老师审查，评分后具体实施。 三、实验内容和程序，2 .在进行热处理工艺实施工作的前一天，以班为单位进入实验室。 在指导老师的指导下，了解并熟悉本实验涉及的各种设备、修正器的结构、功能及其操作步骤和注意事项。 3、进入热处理实验室(实验楼2楼)后，按照本人制定的热处理技术规范及实施途径进行操作。 对每个热处理工序处理的试样进行了硬度检查(一般对每个试样至少打3点，将其平均值作为其有效值)。 三实验内容和程序，4 .试样硬度检查合格后，可以到试样调制室(实验楼9层15号室)调制金相试样

5、。 然后用台式光学显微镜进行显微组织观察和分析，同时绘制其组织形态特征图，图旁注明材料名称、热处理状态、显微组织和蚀刻剂名称和倍率。 分析了热处理、制样等过程中产生的缺陷及其原因，并提出了预防或解决办法。、四实验报告要求，详见电子实验报告，五实验内容概要，(一)材料成分工艺组织性能之间的关系，制定合理的热处理工艺对产品零件的工作性能要求、结构形状尺寸、材料成分(即钢的临界相变点)、热处理加热设备及其功率大小、装炉方式、装炉量进行热处理工艺的实施五实验内容概述，(二)机械零件用钢的选择，1 .材料选择的主要依据机械零件的服务条件及其使用性能要求，机械零件的结构、形状、尺寸及其精度要求材料的冷加工

6、工艺性能及其经济性。 2、典型零件用钢的选择和加工流程，1 )汽车变速器双轴双、三速齿轮受力条件分析性能要求采用材料选择材料锻造预热处理(正火)硬度检验机械加工(如汽车、铣刀等)渗碳、淬火低温淬火清洗硬度、变形量等项目的检验五实验内容简介： (二)机械零件用钢选择；二)典型零件用钢选择和加工流程；受力条件分析使用性能要求材料选择预锻(分散空冷)预热处理(球化退火)硬度；金相组织检验机械加工(如汽车、铣床等)盐浴加热淬火清洗；(三)热处理工艺及其残奥1、退火、正火工艺的选择和应用，退火和正火是钢预热处理的一种形式，其工艺类型很多。 如何合理选择那项技术？ 必须根据选件的钢种、加工工艺流程及其具体

7、技术要求决定。 通常，可根据钢的碳含量选择如下(详情参照实验指导书)。 (三)热处理工艺及其残奥表的确定，五实验内容简单，2 .钢退火、正火工艺规范的确定，钢退火通常是将钢加热到Ac1或Ac3以上的一定温度(例如亚共析钢TH=Ac3 3050 )，保温一定时间，然后随炉缓冷，得到接近(详细) 钢正火是将钢加热到Ac3或Accm以上3050，保温一定时间后进行空冷。 由于冷速度快，与退火相比组织中的p量多，并且p的片间距小，强韧性能提高。 (详情请参照实验指导书。 (三)热处理工艺及其残奥仪的确定，五实验内容简单，三.钢淬火工艺规范确定，亚共析钢： TH=Ac3 3050、TH Ac3时，能得到

8、粗大的马氏体m，使钢的强度、韧性降低，脆性增加，同时工件氧化脱碳严重强度、硬度、耐磨耗性高。 在TH Accm中，不仅对钢的强度、硬度的增加无贡献，而且在加热时产生粗大的奥氏体晶粒淬火，得到粗大的m和大量的a，由此硬度和耐磨损性降低，强度降低脆性增加，淬火变形裂纹倾向增加。 (3)热处理工艺及其残奥表的确定，5实验内容的概要，3 .钢的淬火工艺规范的确定，淬火加热时间=零件加热到淬火温度所需的时间平均温度时间。 加热时间与钢的化学成分、工件的结构形状尺寸、加热介质、加热方式和方法等因素有关。2 )保温时间的决定，一般根据经验式估计，H=KD(min )，式中的K-装入炉修正系数(12 )； 加

9、热系数(箱型电炉为2min/mm，中温盐炉为1min/mm) D-工件的有效厚度(mm，圆柱为其直径的正方形的截面为其边长的长方形的截面为其短边长的板材为其厚度的套筒部件为其壁厚的圆锥体为从小端面起2/以3的长度取直径的球体取球径的0.6倍，(3)热处理工艺及其残奥仪的确定，5实验内容的概要，3 .钢的淬火工艺规范的确定，冷却是淬火的关键工艺，他直接影响钢的组织和性能。 通常，为了可靠地获得m组织，VcV必须临时存在。 3 )冷却速度的影响，为了保证淬火效果，请选择合适的冷却介质、冷却方式和方法。 一般碳钢用水或盐水冷却，合金钢用油冷却。 冷却时间通常是将工件在冷却介质中冷却至室温。 但是，请

10、根据工件的变形量要求和冷却装置等条件进行试验。 一般的工作油如果表面带有青烟就可以空冷，但也可以根据在2060油中冷却36min/10mm，在80150油中冷却1015min/mm的经验来估计。 在水中冷却，估计为1秒/23mm。 (3)热处理工艺及其残奥表的确定，五实验内容的概要，4 .钢的回火工艺残奥表的确定，淬火钢材的回火性能主要取决于回火温度。 确定退火温度的方法通常是将零件所要求的硬度范围作为选择退火温度的依据。 关于各种钢的退火温度和硬度的关系(曲线或表)，请参照手册资料。 也可以用经验公式来估算退火温度。 1 )退火温度的确定，例如45钢的退火温度Th200 K(60-X )、式

11、中的k系数、退火硬度值为30HRC时，k取11。 退火硬度值为30HRC时，k取12，x为所要求的硬度值(HRC )。 其他成分的碳钢，每碳含量增加或减少0.05%，退火温度就会相应地增加或减少1015。 (三)热处理工艺及其残奥表的确定，五个实验内容简单，4 .钢退火工艺残奥表的确定，一般采用13h，也可用经验公式估计，即H=KH AHD，公式中h退火时间(min )，AH退火时间系数(min )不同2 )退火时间的确定；3 )退火后的冷却，一般要空冷至室温。 合金钢部件为了避免第二种退火脆性，退火后需要急冷(水冷或油冷)，此时，为了消除退火引起的内部应力，接着需要补充低温退火。 (4)实际

12、操作注意事项，五，实验内容简单，1 .放入试样，取出时应切断加热电源后再打开炉门。 2 .试样的装卸请使用专用的钳子或钩子。 3 .从炉中取出试料进行淬火时，请迅速动作。 4 .试样放入淬火介质后，必须不断搅拌，但不能露出液面。 5 .试样淬火、烧烤后，在测定其硬度之前，在砂轮或砂纸上削去水垢。 将各样本中仅少3点的平均值作为有效值。 6 .淬火及烘烤温度的设定工作在老师的指导下进行。 7 .试料硬度测定后，制作金相试料直至9层。 磨试样指导教师检查后，可进行组织观察和分析。 8 .实验中一定要注意人身、设备的安全，如有不明白的地方请随时询问指导老师。 请不要动。 (5)实验的具体日程表，1

13、.以讲义班为单位总结叙述相关实验内容(2h )，协商具体时间和地点后决定。 2. 34人一组，接受实验任务后，按照实验指导书的三、实验内容及程序的规定，以组为单位进行工作。 每个小组的准备时间是12天。 3、在实施工艺计划之前，与指导教师预约，说明实验内容和必要的设备情况。 4 .以课堂为单位，最好在35天内完成所有实验。 五、实验内容简单，六硬度试验简单，硬度试验是工业生产和科研不可缺少的标准实验方法之一。他将硬压头压入想检查的部件(或试样)的被测定面时，材料抵抗该压入的能力称为“硬度”。 与强度等其他力学性能有一定的关系。 最常用的硬度试验方法是布氏硬度和洛氏硬度。 (1)硬度概念：6硬度

14、试验概要、1 .基本原理、(2)布氏硬度试验、布氏硬度试验原理示意图、hbs=p/f=2p/d(d-)(kgf，2 .布氏硬度校正的结构)图，根据试样的硬度，按照附表1-2的硬度试验规范加载测试样品表面需要用砂轮或砂布(纸)磨光，上下端面要求平行。 将试样放置在载物台上，可以按照布氏硬度修正的操作步骤进行试验。 试验结束后，取出试样，用读取显微镜测定试样表面的凹陷直径，从相互正交的方向各测定一次(参照下一页的图像)，取其平均值，用其直径值调查“凹陷直径和布氏硬度的对照表”，可以得到试样硬度的值。 3 .布氏硬度校正的操作点、布氏硬度压痕测定，1 .基本原理0-0是压头与试样不接触的位置1-1是

15、压头承受初始载荷P0而压入试样深度h0的位置2-2是施加了主负载P1的压头被压入试样的位置3-3是， 去除主负荷后的压头是通过试料弹性变形的恢复而稍微变高的位置，此时实际压入试料的深度为h1，压头承受主负荷压入试料的深度为h1-h0。 h1-h0的数值越大表示试料越柔软，相反试料越硬。 (二)洛氏硬度试验、洛氏硬度试验中的金刚石压头的各阶段的位置、2 .洛氏硬度修正的结构示意图、3 .洛氏硬度修正的操作要点、1 ) .根据试样的硬度，按照下表选择负荷及压头。 2 )试料的两端面用砂轮或砂纸研磨，确保平行后，顺利放置在支撑台上。 3 )用预加载(按时间修正)旋转手轮，使试料与压头接触，观察读取百

16、分比表上的小针移动到红点。 4 )将读取表盘弄圆，使百分比表盘上的长度成为准硬度值的起点。 (HRB的情况下为赤字b处HRC，HRA的情况下为黑字c处。 5 )施加主负荷时，如果顺利拉动装载手柄，手柄会自动上升到停止位置(时间请设为57秒)。 待10秒钟。 6 )卸下主负荷时，将手柄回到原来的位置。 7 )读出硬度值，长针指示的数字是硬度的读出值。 HRB读红色，HRC读黑色，HRA读黑色。 (注：布氏硬度值和洛氏硬度值的关系大致为10HBS=1HRC )。 (1)金相试样的制造工序包括取样、插入、研磨、研磨、蚀刻。 (1)采样的部位(a )故障部件、轴上对比度采样、长裂纹部位采样、淬火裂纹采

17、样、(1)采样的部位(b )热处理后的部件、环类部件采样、轴类部件采样、齿轮系采样、(1) 锻件纵截面检查项目1表面折叠2碳化物分布3横裂4变形晶粒5夹杂物6带状组织、锻件纵截面检查项目1夹杂物分布2组织及晶粒尺寸3表面氧化脱碳4芯部表面缺陷、(1)采集部位(d )供给状态轧制材料、钢中非金属夹杂物采集部位示意图钢棒(左)、钢管(右)脱碳层采集部位示意图、(2) 试样采集方法，硬度在30HRC以下可以用锯、车、铣刀、切削等方法采集，硬度大于30HRC时可以用水冷式砂轮切片机、钼丝切割机等方法采集，2 .金相(2)细研一般在36种金相砂纸上进行，手研过程中手腕动作4 .金相试样的磨削以去除细磨时的微细磨削痕迹，使磨削面成为无光泽缺陷的镜面为目的，磨削质量直接影响金相检查的结果。P-2型研磨机主要由电动机1、塑料盘2、研磨盘3、研磨布4、紧固环5、研磨罩6、电动机