《工程材料》热处理实验报告.docx

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《工程材料》热处理实验报告

工程材料综合实验

车辆工程10-1班

实验者：

陈秀全学号：

10047101

冯云乾学号：

10047103

高万强学号：

10047105

一实验目的

1、区别和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；

2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；

3、了解碳钢的热处理操作；

4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；

5、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，初步掌握硬度计的使用。

二实验设备及材料

1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；

2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；

3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）

三实验内容

三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。

4、实验方案：

三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。

样品

加热温度

保温时间

冷却方式

20#

880℃

25min

空冷

45#

淬火880℃

高温回火600℃

淬火25min

高温回火25min

水冷

T10

900℃

30min

水冷

5、测试硬度

样品

20#

45#

T10

硬度

HRB50

HRC20

HR63

6、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。

7、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。

样品

成分

组织

性能

20#

马氏体

F+P

冲压性与焊接性良好

45#

马氏体

F+P

经热处理后可获得良好的综合机械性能

T10

马氏体+奥氏体

P+Fe3CII

硬度高，韧性适中

四实验步骤：

8、观察平衡组织并测硬度：

（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；

（2）观察并绘制显微组织；

（3）测试硬度。

9、进行热处理。

10、观察热处理后的组织并测硬度：

（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；

（2）观察并绘制显微组织。

五实验报告：

11、三种材料在退火状态下显微组织和性能（硬度）的异同；

样品

显微组织

性能（硬度）

20#

白色颗粒为铁素体，黑色块状为珠光体（F+P）

冲压性与焊接性良好

45#

灰黑色区为细片状及粗片状珠光体，沿晶界析出白色条状铁素体。

（F+P）

经热处理后可获得良好的综合机械性能

T10

组织为珠光体和二次渗碳体（P+Fe3CII）

硬度高，韧性适中

12、每种材料在热处理前后显微组织和性能（硬度）的异同；

样品

显微组织

性能（硬度）

20#

热处理前

F+P

HRB71

热处理后

回火M+A’

HRB93

45#

热处理前

F+P

HRC7.5

热处理后

回火S

HRC27

T10

热处理前

P+Fe3CⅡ

HRC6.5

热处理后

回火M+A’

HRC54

13、总结出碳钢成分—组织—性能—应用之间的关系。

样品

成分

组织

性能

应用

20#

W（C）=0.20%

F+P

冲压性与焊接性良好

冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴，销等零件。

45#

W（C）=0.45%

F+P

经热处理后可获得良好的综合机械性能

齿轮，轴类，套筒等

T10

W（C）=1.0%

P+Fe3CⅡ

优质钢，硬度高，韧性适中

钻头，刨刀，丝锥，手锯条等刃具及冷作模具等。

图1工业纯铁图2工业纯铁

图3亚共析钢图420钢正火处理（加热至900后空冷）

图5共析钢调质处理图6过共析钢

图7亚共晶白口铸铁图8共晶白口铸铁

图9过共晶白口铸铁图1020#正火（加热到860℃+空冷）

图1145#调质处理图12T10正火处理

20#钢：

碳质量分数为0.20%（万分之二十）的优质碳素结构钢。

含碳量为0.20%（万分之二十）为亚共析钢，加热到860℃后，达到Ac3线以上，铁素体转化为奥氏体，再经过空冷后，20#钢的过冷A在高温是将有一部分转化为铁素体。

而且此过程属于过冷A的高温转变，有索氏体产生。

在热处理前后显微组织是铁素体和珠光体。

硬度较高。

20#钢冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴，销等零件。

热处理方式：

加热至880℃，保温30分钟左右后，正火处理。

得到的显微组织：

P（珠光体）+F（铁素体）。

其中图中层片状的是P（S）珠光体；白色块状的是F（铁素体）。

正火后，组织细化晶粒，使组织均匀化，提高了钢的强度，硬度与韧性。

正火提高其硬度，改善其切削加工性能。

实验分析与讨论：

由上图可知，

（1）P（珠光体，为黑色块状）较明显的可以看出；而F（铁素体，为白色块状）显得有点黑，呈灰色。

产生该现象的原因可能是由于抛光后的过度腐蚀或使用稀硝酸腐蚀不均匀导致，晶面受损，致使不能观察到易损的珠光体组织，并且亮度有点暗，不十分清晰；手工磨制不够精细，还有可能是由于加热温度不够所致；

（2）画面不清晰，原因是没有将被观察物体放平。

实验者：

高万强

45#钢：

是含碳质量分数为0.45%（万分之四十五）的优质碳素结构钢。

在热处理前的显微组织是珠光体和铁素体，其硬度为HRC7.5；经过热处理后，显微组织转变为回火索氏体，其硬度为HRC27。

由于45#钢经调质处理后得到的是回火索氏体，其渗碳体为粒状，硬度也相应提高，使它获得了良好的综合机械性能，即强度、塑性和韧性都比较好，它广泛适用于各种重要的机器结构件，特别是受交变载荷的零件，如：

齿轮、轴类、套筒等零件。

热处理方式：

先淬火使其加热到880℃，保温25min后，再进行高温回火，使温度为600℃左右，保温25min。

图像分析与讨论：

整体图象比较暗，可能是由于光源亮度不够所造成；结构区分不十分明显，可能是由于热处理时未达到淬透要求致使过冷奥氏体转变不彻底所造成；图象有很多沟壑，说明在磨制时有力过猛，最后没能将沟壑磨平，在磨制是不是十分的成功。

实验者：

冯云乾

T10：

碳质量分数为1.00%（千分之十）的优质碳素工具钢，硬度高，韧性适中。

热处理方式：

淬火＋低温回火

热处理后组织为：

黑色的粗针状马氏体+白亮的残余奥氏体+Fe3C粒。

硬度为54HRC

性能：

低温回火降低了淬火应力，提高了工件的韧性，减少钢的脆性并保持钢的高硬度，可制造钻、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等

图像分析：

整体图像较暗，产生此现象的原因可能是由于照相时光亮不足所造成；抛光后的过度腐蚀或使用稀硝酸腐蚀不均匀导致，试样表面有太多沟壑，可能是在磨制的各个阶段没有磨好磨平，还有就是抛光时间太短，使得材料没有磨出像镜面那么光滑那么平。

实验者：

陈秀全

六实验分析：

样品

显微组织

性能（硬度）

20#

白色颗粒为铁素体，黑色块状为珠光体（F+P）

冲压性与焊接性良好

45#

灰黑色区为细片状及粗片状珠光体，沿晶界析出白色条状铁素体。

（F+P）

经热处理后可获得良好的综合机械性能

T10

组织为珠光体和二次渗碳体（P+Fe3CII）

硬度高，韧性适中

1.三种材料在退火状态下显微组织和性能（硬度）的异同；

2.每种材料在热处理前后显微组织和性能（硬度）的异同；

答：

每种材料在热处理前后显微组织和性能（硬度）如下表所示：

样品

显微组织

性能（硬度）

20#

热处理前

F+P

HRB71

热处理后

回火M+A’

HRB93

45#

热处理前

F+P

HRC7.5

热处理后

回火S

HRC27

T10

热处理前

P+Fe3CⅡ

HRC6.5

热处理后

回火M+A’

HRC64

由上表可以看出，20号钢在正火后的组织基本没有变化，但是在正火后得到的是更细化的晶粒，从而提高了钢的强度硬度和韧性。

45号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。

T10钢在经过淬火和低温回火组织由以前的珠光体和二次渗碳体，变为回火马氏体、残余奥氏体和二次渗碳体。

低温回火后，淬火应力降低，工件韧性提高，淬火后的硬度和耐磨性高。

3.总结出碳钢成分—组织—性能—应用之间的关系。

答：

碳钢成分—组织—性能—应用之间的关系如下表所示：

样品

成分

组织

性能

应用

20#

W（C）=0.20%

F+P

冲压性与焊接性良好

冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴，销等零件。

45#

W（C）=0.45%

F+P

经热处理后可获得良好的综合机械性能

齿轮，轴类，套筒等

T10

W（C）=1.0%

P+Fe3CⅡ

优质钢，硬度高，韧性适中

钻头，刨刀，丝锥，手锯条等刃具及冷作模具等。

20号钢（含碳量0.17%—0.23%）是亚共析钢，在完全退火状态下得到的组织是F+P。

45号钢（含碳量0.42%—0.50%）也是亚共析钢，在同样的状态下得到的组织是和20号的一样（F+P），碳量的增加，钢的性能也在提升，所以45号钢的性能（硬度）高于20号钢。

T10钢：

（含碳量0.42%—0.50%）是过共析钢。

退火后组织为珠光体和二次渗碳体，其性能（硬度）较退火前有所降低，但是其塑性和韧性均有提高。

它的性能（硬度）还是高于亚共析钢（20、45）的。

对以上内容进行分析总结可知:

随着碳钢含碳量的增加，其组织的变化过程为：

铁素体+珠光体（亚共析钢）→珠光体十二次渗碳体（过共析钢）。

硬度增大，塑性降低。

对于强度，亚共析钢的强度随含碳量的增大而增大，过共析钢的强度随含碳量的增大而减小。

低碳钢可用来制造桥梁，机械，建筑物的构件。

高碳钢可用来制造量具，刀具等。

七实验总结：

通过本次试验，使我们学会鉴定材料牌号的方法，巩固了根据材料成份，掌握了热处理工艺方法，学会了是用硬度计测量材料性能的方法，了解了通过制备金相试样，观察金相组织，判定材料判定和热处理工艺选择的正确性。

进一步明确了材料成分、金相组织、热处理工艺与力学性能之间的关系。

通过亲自动手做实验，观察材料让我们的实际动手能力有了一定的提高，同时也使我们对理论知识的理解更为深刻了，并激发着我们对《工程材料》这门课的兴趣与爱好。