工程材料实验报告

工程材料实验报告

一、实验目的：

1、熟悉并掌握热处理工艺的操作方法；

2、了解45钢、40Cr在室温下的组织结构；

3、了解合金钢经热处理工艺后硬度的测量方法并理解；

4、分析并掌握不同成分合金钢在不同热处理工艺下硬度不同的原因。

二、实验设备：

加热炉、抛光机、硬度测量仪、金相显微镜

三、实验内容：

1、将若干45钢、40Cr放在加热炉中，设定加热温度860℃，进行加热；

2、对加热到设定温度的试样做不同的冷却处理（油冷、水冷、空冷）；

3、将一部分油冷和水冷的试样放到不同温度（200℃、400℃、600℃）

加热炉中做回火处理，有些试样不进行回火；

4、将经过正火和淬火未回火的试样打磨、抛光，观察金相组织；对经

过淬火和不同温度下回火的试样只进行打磨；

5、对所有试样测量硬度；

6、处理测量数据，比较分析不同成分合金钢在不同的热处理工艺下硬

度不同的原因。

四、数据处理：

五、现象分析：

1、45钢在860℃加热条件下进行冷却，均未回火时测得的硬度值，水冷硬度最高，油冷次之，空冷硬度最小。空冷时过冷奥氏体转变为索氏体，塑性韧性好，而硬度强度低；油冷时，过冷奥氏体先有一部分转变为托氏体，剩余的奥氏体在冷却到Ms以下后转变为马氏体，得到的室温组织为马氏体+托氏体+残余奥氏体，马氏体硬度较高；水冷时，冷却速度大于临界冷却速度，过冷奥氏体将在Ms以下直接转变为马氏体，其室温组织为马氏体+残余奥氏体，强度硬度均较高。

2、45钢和40Cr在经过860℃加热、水冷后，置于不同温度下的回火，其硬度不同，回火温度越高，得到的试样硬度越低。200℃低温回火时，马氏体发生分解，从马氏体中析出ε-碳化物，使马氏体过饱和度降低，析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，形成回火马氏体保留了淬火后的高硬度；400℃中温回火时，ε-碳化物溶解于铁素体中，同时从铁素体中析出渗碳体，此时为铁素体基体上分布着细粒状渗碳体组织，为回火托氏体，硬度在35~45HRC；600℃高温回火时，渗碳体发生聚集长大，铁素体发生多边形化，，这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织为回火索氏体，其组织具有良好的综合力学性能，在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。

3、在相同的热处理工艺下，45钢和40Cr相比，其硬度较低。Cr元素溶入到奥氏体后，使C曲线右移，钢的临界冷却速度下降，且Ms和Mf点下降，淬透性提高，40Cr在淬火后回火加热，析出的细小弥散的碳化物以及回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度提高，这种现象称为二次硬化。碳化物和氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大，合金元素与碳和氮的亲和力越大，阻碍奥氏体晶粒长大的作用也越强烈，因而强碳化物和氮化物具有细化晶粒的作用，起到细晶强化的效果。

六、实验结论：

1、同种钢材料，加热温度和时间相同的条件下，选择不同冷却介质，得到的试样硬度不同，其力学性能也有很大差异，故在工业生产中，应选择合理的热处理方法。如低、中、高三种温度范围的回火，得到的试样硬度由高到低，如低温回火的钢具有高硬度，高耐磨性，高韧性，可做各种工具、磨具等；中温回火钢具有较高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，用于各种弹簧；高温回火钢具有良好的综合力学性能，用作连杆、轴、齿轮等构件的材料。

2、合金元素对钢的力学性能有很大的影响，选择合适的合金元素，可以提高钢的强度、硬度，获得较好的塑性和韧性。，有些合金元素是有害的，如过量的硫和磷，使钢的塑性韧性降低，因此应尽量避免有害元素的加入。