工程材料实验

2.实验所用仪器、设备及材料 实验所用仪器、 实验所用仪器
2.1实验所用仪器、设备：金相显微镜、砂轮机、抛光机、标准 实验所用仪器、设备：金相显微镜、砂轮机、抛光机、 实验所用仪器 金相试样。 金相试样。 2.2实验材料：工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢；亚共 实验材料：工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢； 实验材料 晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁。 晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁。
(1)退火： 退火： 退火 工艺：将钢加热到AC3(ACl)十20—30℃，保温一定时间，然后随炉冷却。 工艺：将钢加热到 十 ℃ 保温一定时间，然后随炉冷却。 组织：亚共析钢退火后得到铁素体十珠光体(接近于平衡组织 接近于平衡组织)， 组织：亚共析钢退火后得到铁素体十珠光体 接近于平衡组织 ，过共析钢退火后得 到珠光体+二次渗碳体 一般采用球化退火、 二次渗碳体， 到珠光体 二次渗碳体，一般采用球化退火、退火后组织中的二次渗碳体及珠光体中 的渗碳体都将变成颗粒状，镜下可观察到细小粒状组织就是粒状渗碳体。 的渗碳体都将变成颗粒状，镜下可观察到细小粒状组织就是粒状渗碳体。 (2)正火 正火 工艺：将钢加热到AC3以上 以上30—50℃，保温一定时间，然后由炉中取出冷却。 工艺：将钢加热到 以上 ℃ 保温一定时间，然后由炉中取出冷却。 组织：亚共析钢正火后得到铁素体+索氏体 过共析钢正火后得到索氏体+锁链状渗 索氏体。 组织：亚共析钢正火后得到铁素体 索氏体。过共析钢正火后得到索氏体 锁链状渗 碳体。 碳体。 (3)淬火 淬火 工艺：将钢加热到AC3或AC1以上 以上30—50℃，保温一定时间，然后放在冷却剂中快速 工艺：将钢加热到 或 以上 ℃ 保温一定时间， 冷却。 冷却。 组织：马氏体(灰色 呈针状，相互间成一定角度)。 灰色， 组织：马氏体 灰色，呈针状，相互间成一定角度 。
实验完成后请整理好仪器设备！
实验2 实验 碳钢的热处理操作及其硬度的测定
1.实验目的 实验目的
1.1熟悉碳钢的正火、淬火、回火基本热处理操作。 熟悉碳钢的正火、淬火、回火基本热处理操作。 熟悉碳钢的正火 1.2了解碳钢的非平衡组织的特征。 了解碳钢的非平衡组织的特征。 了解碳钢的非平衡组织的特征 1.3了解含碳量、加热温度、冷却速度，回火温度对碳钢热 了解含碳量、 了解含碳量 加热温度、冷却速度， 处理后表面硬度的影响。 处理后表面硬度的影响。 1.4了解布氏硬度计和洛氏硬度计的基本原理。学习并掌握 了解布氏硬度计和洛氏硬度计的基本原理。 了解布氏硬度计和洛氏硬度计的基本原理 洛氏硬度计的使用。 洛氏硬度计的使用。
3、实验原理 、
钢铁材料在极缓慢的冷却条件下形成的组织，称为平衡组织。 钢铁材料在极缓慢的冷却条件下形成的组织，称为平衡组织。 根据Fe—Fe3C相图来分析，铁碳合金在平衡状态下，按含碳量 相图来分析，铁碳合金在平衡状态下， 根据 相图来分析 的不同，可分为三大类： 的不同，可分为三大类： 当含碳量＜ 称为工业纯铁； 当含碳量＜0.0218％时，称为工业纯铁； ％ 当含碳量在0.0218～2.11％之间时，称为碳钢； ～ 当含碳量在 ％之间时，称为碳钢； 当含碳量在2.11％～ ％～6.69％时，称为白口铁。 当含碳量在 ％～ ％
1.工业纯铁 工业纯铁 含碳量：＜ 含碳量：＜0.0218％C ％ ：＜ 组织：铁素体(F) ——碳在 碳在α—Fe中的间隙固溶体 还有极少 中的间隙固溶体(还有极少 组织：铁素体 碳在 中的间隙固溶体 因含量极少，可忽略不计)， 量Fe3C Ⅱ，因含量极少，可忽略不计 ，经4％的硝酸酒精溶 ％ 液腐蚀后，铁素体在显微镜下呈白色明亮多边形晶粒， 液腐蚀后，铁素体在显微镜下呈白色明亮多边形晶粒，黑色线 条为铁素体晶粒边界——晶界。 晶界。 条为铁素体晶粒边界 晶界 2.共析钢 共析钢 含碳量：为0.77％C 含碳量： ％ 组织：珠光体(P)——是铁素体 和渗碳体 是铁素体(F)和渗碳体 组织：珠光体 是铁素体 和渗碳体(Fe3C)两相机械 两相机械 混合物，当用4％硝酸酒精浸蚀后，在显微镜(中等倍数 中等倍数)下观 混合物，当用 ％硝酸酒精浸蚀后，在显微镜 中等倍数 下观 片状珠光体中的铁素体呈白亮色，黑色条纹为渗碳体。 察，片状珠光体中的铁素体呈白亮色，黑色条纹为渗碳体。 3.亚共析钢 含碳量：＜ ：＜0.77％C 亚共析钢 含碳量：＜ ％ 组织：铁素体(F)+珠光体 组织：铁素体 珠光体(P) 珠光体 随着含碳量的增加，铁素体的量减少，而珠光体的量增多， 随着含碳量的增加，铁素体的量减少，而珠光体的量增多， 倍数不高时)， 经4％硝酸酒精腐蚀后，在显微镜下观察 倍数不高时 ，珠光 ％硝酸酒精腐蚀后，在显微镜下观察(倍数不高时 体的层片指纹状不能分辨而呈黑色块状， 体的层片指纹状不能分辨而呈黑色块状，其余白色晶粒为铁素 体。
2、实验所用设备、仪器及材料
2.1实验所用设备、仪器： 实验所用设备、仪器： 实验所用设备 箱式电阻炉、 一 型洛氏硬度计、 油桶。 箱式电阻炉、HR一150A型洛氏硬度计、水、油桶。 型洛氏硬度计
图4 箱式电阻炉结构示意图 1-隔热层；2-加热室；3-电热丝孔；4-测温孔；5-接线盒； 6-炉底板；7试样；8控制开关；9-炉门
4.过共析钢 过共析钢 含碳量： 含碳量：在0.77～2.11％之间 ～ ％ 组织：珠光体(P)+渗碳体 渗碳体(Fe3CⅡ) 组织：珠光体 渗碳体 Ⅱ 随着含碳量的增加，珠光体的量随之减少， 随着含碳量的增加，珠光体的量随之减少，而二次渗碳体的 量相应增多，二次渗碳体的形貌也随着含碳量的不同而变化， 量相应增多，二次渗碳体的形貌也随着含碳量的不同而变化， 当含碳量刚超过共析成分不多时，二次渗碳体不明显， 当含碳量刚超过共析成分不多时，二次渗碳体不明显，含碳 量继续增加时，就开始在晶界上出现间断网状的二次渗碳体， 量继续增加时，就开始在晶界上出现间断网状的二次渗碳体， 当含碳量超过1％ 在晶界上的Fe3CⅡ，呈明显的网状， 当含碳量超过 ％时，在晶界上的 Ⅱ 呈明显的网状， 当含碳量＞ ％以后， 当含碳量＞1.2％以后，Fe3CⅡ呈连续的粗网状。 Ⅱ呈连续的粗网状。 5.亚共晶白口铁 含碳量：在2.11％～ ％之间。 ％～4.3％之间。 亚共晶白口铁 含碳量： ％～ 组织：珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体(Le') 组织：珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体 当用3～ ％硝酸酒精腐蚀后， 当用 ～5％硝酸酒精腐蚀后，在显微镜下观察到暗黑色处形 似卵石状的为珠光体， 似卵石状的为珠光体，莱氏体由暗黑色散粒状珠光体和亮白 色基底渗碳体组成，珠光体周围的二次渗碳体呈白亮色， 色基底渗碳体组成，珠光体周围的二次渗碳体呈白亮色，与 亮白色基底渗碳体连在一起不易分辨。 亮白色基底渗碳体连在一起不易分辨。
6.共晶白口铁 共晶白口铁 含碳量： 含碳量：4.3%C 组织：莱氏体(Le‘)——珠光体 珠光体(P)+共晶渗碳体 共晶渗碳体(Fe3C)+二次 组织：莱氏体 珠光体 共晶渗碳体 二次 渗碳体(Fe3CⅡ)的机械混合物。当用 ％硝酸酒精腐蚀时， 的机械混合物。 渗碳体 Ⅱ 的机械混合物 当用4％硝酸酒精腐蚀时， 在显微镜下观察渗碳体是白色， 在显微镜下观察渗碳体是白色，珠光体以黑色圆粒状及条状 分布在其上，呈有虎斑状的特征。 分布在其上，呈有虎斑状的特征。 7.过共晶白口铁 含碳量： 过共晶白口铁 含碳量：在4.3～6.69%之间 ～ 之间 组织：莱氏体(Le') ＋一次渗碳体 一次渗碳体(Fe3C) 组织：莱氏体 当用3～ ％硝酸酒精浸蚀后， 当用 ～5％硝酸酒精浸蚀后，在显微镜下观察到斑点状莱氏 体和白色粗片状的一次渗碳体。 体和白色粗片状的一次渗碳体。
2.2实验所用材料：45钢试样若干个。
3、实验原理 、
3.1热处理：碳钢的热处理是利用钢在固态范围内加热，保温和冷 热处理：碳钢的热处理是利用钢在固态范围内加热， 热处理 却以改变其内部组织，从而获得所需耍的物理、化学、 却以改变其内部组织，从而获得所需耍的物理、化学、机械和工 艺性能的一种操作。退火、正火、淬火、 艺性能的一种操作。退火、正火、淬火、回火是钢的常用热处理 工艺。 工艺。
白 口 铸 铁
5.2绘出组织示意图 绘出组织示意图
认真素描观察到的平衡组织(用箭头表示出三件钢，一件铁 认真素描观察到的平衡组织 用箭头表示出三件钢，一件铁) 用箭头表示出三件钢
试样材料 --------处理状态 --------金相组织 --------腐蚀剂 -----------放大倍数 ---------
5、实验内容及方法 、
5.1两人一小组分别观察并分析表中碳钢和生铁的组织 两人一小组分别观察并分析表中碳钢和生铁的组织。 两人一小组分别观察并分析表中碳钢和生铁的组织
种类 碳 钢 合金样品名称 工业纯铁 20钢 20钢 45钢 45钢 T8钢 T8钢 T12钢 T12钢 共晶白口铁 亚共晶白口铁 过共晶白口铁 腐蚀剂 4％ 硝 酸 酒 精 显微组织 铁素体 铁素体＋ 铁素体＋珠光体 铁素体＋ 铁素体＋珠光体 珠光体 珠光体＋ 珠光体＋二次渗碳体 珠光体＋ 珠光体＋二次渗碳体 ＋莱氏体 莱氏体 莱氏体＋ 莱氏体＋一次渗碳体
试样材料 --------处理状态 --------金相组织 --------腐蚀剂 -----------放大倍数 ---------
试样材料 --------处理状态 --------金相组织 --------腐蚀剂 -----------放大倍数 ---------
试样材料 --------处理状态 --------金相组织 --------腐蚀剂 -----------放大倍数 ---------
n × 0.0008 K × 0.77 C%.77 C% = + 100 100
式中： 铁素体所占面积( 式中：n——铁素体所占面积(％) 铁素体所占面积 K——珠光体所占面积(％) 珠光体所占面积( 珠光体所占面积 B——渗碳体所占面积(％) 渗碳体所占面积( 渗碳体所占面积 显然，上式计算是假设各组织组成物的比重是相等的。 显然，上式计算是假设各组织组成物的比重是相等的。 事实上，它们的比重也是近似的。 事实上，它们的比重也是近似的。