金属材料及热处理综合性实验实验报告.docx
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金属材料及热处理综合性实验实验报告
金属材料及热处理综合性实验
实验报告
院部：
姓名：
学号：
专业：
班级：
同组人员：
成绩：
教师签名：
一、实验的目的和意义
运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，进一步深化课堂内容，加强对《金属材料及热处理》课程理论的系统认识，提高分析问题和解决问题的能力。
通过完成本实验，能够掌握金属材料及热处理实验相关设备，并达到以下学习目的：
1、借助铁碳相图研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；
2、理解含碳量对铁碳合金显微组织和力学性能的影响，分析成分、组织与性能之间的相互关系；
3、熟悉热处理工艺中的“四把火”，能够进行碳钢热处理工艺的基本操作；
4、研究加热温度、冷却速度和回火温度对碳钢性能的影响；
5、熟练制备金相试样，观察热处理后钢的组织及其变化；
6、了解常用硬度计的原理，掌握硬度计的使用方法。
二、实验材料及实验设备
1、金相显微镜、预磨机、抛光机、高温马弗炉、洛氏硬度计、砂轮切割机等。
2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等。
3、45钢试样。
三、实验内容
1、小组讨论后针对试样设计热处理工艺（包括加热温度、保温时间和冷却方式）。
本实验热处理工艺如表1所示。
正火
淬火
回火
温度
850℃
890℃
600℃
冷却
空冷
水冷
空冷
表1
2、分别对热处理后试样进行金相观察和硬度测定。
3、根据实验结果，分析热处理工艺对试样组织与性能的影响。
四、实验步骤
1、观察原始试样的平衡组织并进行硬度测试。
（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；
（2）观察并拍摄显微组织形貌；
（3）硬度测试。
2、对试样分别进行热处理。
3、观察热处理后试样的组织并进行硬度测试。
（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；
（2）观察并拍摄显微组织形貌。
4、分别对热处理前后试样的组织性能进行分析，完成实验报告。
五、实验结果分析与讨论
1、初始试样
45钢的主要化学成分如表2所示。
化学成分
C
Si
Mu
P
S
质量分数%
0.45
0.29
0.62
0.03
0.02
表2
45钢的原始显微组织如下图1所示。
测得原始硬度值为11.9HRC。
图145钢的原始显微组织
2、热处理后试样
1、正火
正火目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。
45钢正火后的显微组织如图2所示。
测得平均硬度值为16HRC。
图245钢正火后的显微组织
2、淬火
45钢淬火工艺是将45钢加热到Ac3以上（30～50℃）某一温度，保持一定时间，使之全部奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
45钢淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，得到马氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高45钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
淬火能使45钢强化的根本原因是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织，而提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。
45钢淬火后的显微组织如图3所示。
测得平均硬度值为61.9HRC。
图345钢淬火后的显微组织
3、回火
回火是工件淬硬后加热到Ac1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
其目的是：
（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；
（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；
（c）稳定组织与尺寸，保证精度；
（d）改善和提高加工性能。
45钢回火后的显微组织如图4所示。
测得平均硬度值为29.6HRC。
图445钢回火后的显微组织
六、实验结论
1、45号钢是优质的中碳结构钢，冷热加工性能及切削性能良好，强度、硬度比低碳钢高，可不经热处理直接使用热轧材、冷拉材，亦可进行各种热处理。
淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能，它不仅可以作为结构钢使用，还可以被用作要求不高的工具钢。
所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。
但在生产实际中，仍会出现许多使用不当之处，如果没有充分发挥该钢的性能潜力，可能造成大量浪费。
其中，因热处理工艺的制定及操作不合理而引起工件报废是一种常见现象。
2、45钢在经过淬火和高温回火调质，其显微组织由以前的P+F，变成了回火索氏体，其综合机械性能最好，即强度、塑性和韧性都比较好。
3、45钢热处理前后显微组织和性能（硬度）如表3所示。
试样
显微组织
性能（硬度）
45钢
热处理前
F+P
11.9HRC
热处理后
回火S
29.6HRC
表3
七、心得体会
通过本次实验，我们熟悉了金相与热处理实验室的基本情况，掌握了金相与热处理设备的使用，学会了在显微镜下观察和分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织，同时也了解了铁碳合金中的相与组织组成物的本质、形态及分布特征。
本次实验极大地锻炼了我们的动手能力。
本次实验问题最大的地方就是在抛光的时候技术不够娴熟，我们组的成员在抛光过程中都出现了这样那样的问题。
但是我们并没有因此而放弃。
试样做好后拿到显微镜下观察，发现效果不够好，于是我们的组员又不怕麻烦进行返工，这就是对知识严谨的态度和执着的追求，我想这样的精神必将伴随我们一生。
八、参考文献
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